一种高差压水电解器制造技术

本发明专利技术公开了本发明专利技术提供了一种高差压水电解器，包括电解芯体，所述电解芯体包括阴极板和阳极板，所述阴极集电器和所述阴极膜电极为阴极一体化结构，所述阳极集电器和所述阳极膜电极为阳极一体化结构；所述阴极板和所述阳极板任意一个极板上设置有凹槽，当所述凹槽设置在阴极板上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阴极一体化结构，且所述凹槽的深度为所述阴极一体化结构的厚度；当所述凹槽设置在阳极板上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阳极一体化结构，且所述凹槽的深度为所述阳极一体化结构的厚度。上述结构，避免了常压侧与产出高压气体侧产生高压差的情况，出现固体聚合物电解质膜受力不均导致的剪切或机械损伤的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水电解
，尤其涉及一种高差压水电解器。
技术介绍
固体聚合物电解质水电解器的功能是将纯水电解成氧气和氢气，是水电解系统的核心部件。固体聚合物电解质水电解器单电解池通常依次由阴极板1(即阴极流场板)、阳极板2(即阳极流场板)、阴极集电器3、阴极膜电极4、阳极集电器5、阳极膜电极6、固体聚合物电解质膜7等功能部件叠加在一起，周围用上下两个密封垫8密封而构成，如图1所示。其中，阴、阳极流场板的作用是固定或支撑集电器和电极、传递电子、提供水气流通分布的通道，阴、阳集电器起着将电流均匀分布到电极上的作用，固体聚合物电解质膜7集电解质和隔膜于一身，在电解质的两侧分别是电解池的阴极和阳极。由这种材料组成的电解池是一种酸性电解池，水在阳极电解产生氧气、氢离子和电子，氧气从阳极析出，氢离子在电场作用下通过聚合物电解质到达阴极，电子则通过外电路到达阴极并与氢离子发生电化结合生成氢气，现电的导通。固体聚合物电解质水电解器的电解质通常为Nafion膜，为一种全氟磺酸薄膜，膜内含有磺酸基团，当被水饱和后具有优良的离子导电能力。由于系统既不要酸，也不要碱，水是体系中唯一的液体，彻底排除了腐蚀性的液体，保证了系统的安全性。全氟磺酸膜的骨架为聚四氟乙烯，故膜的强度很高，能承受很高压力，可以直接输出高压的氢气或氧气。通常，固体聚合物电解质水电解器的氢氧两侧同时输出同等压力的高压氧气和高压氢气，由于水电解器的阴阳两极都工作在高压下，系统的供水、水循环回路也都需要在高压下工作，系统流程复杂，对操作要求高。根据固体聚合物电解质膜的特性，水电解器可以在差压下工作，该技术能够实现一侧常压补水并输出常压气体，另一侧直接输出高压气体，既可以输出高压氧气，也可以输出高压氢气，供水和水循环回路通常为常压，通过水电解器的差压工作能力实现了常压和高压的隔离，因此，高差压水电解器技术可简化固体聚合物电解质(SPE)水电解系统的流程，降低操作的复杂性，提高可靠性，是技术发展的方向。但是现有的高差压水电解器，由于在运行过程中阴阳两侧的高差压，导致的SPE膜受力不均匀，容易出现剪切或机械损伤。综上所述，如何解决高差压水电解器运行过程中SPE膜容易出现剪切或机械损伤的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高差压水电解器，以避免了高差压水电解器运行过程中SPE膜出现剪切或机械损伤的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种高差压水电解器，包括电解芯体，所述电解芯体包括阴极板和阳极板，靠近所述阴极板一侧设置有阴极集电器和阴极膜电极，靠近所述阳极板一侧设置有阳极集电器和阳极膜电极，所述阴极集电器和所述阳极集电器之间设置有固体聚合物电解质膜，所述阴极集电器和所述阴极膜电极为阴极一体化结构，所述阳极集电器和所述阳极膜电极为阳极一体化结构；所述阴极板和所述阳极板任意一个极板上设置有凹槽，当所述凹槽设置在阴极板上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阴极一体化结构，且所述凹槽的深度为所述阴极一体化结构的厚度；当所述凹槽设置在阳极板上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阳极一体化结构，且所述凹槽的深度为所述阳极一体化结构的厚度。优选地，所述阴极板和所述阳极板的水气进出的通道均设置在各自的内部。优选地，所述阴极板或所述阳极板与固体聚合物电解质膜之间设置有密封垫。优选地，所述密封垫为网布增强的高强度氟橡胶复合材料结构。优选地，所述阴极板1和所述阳极板2的密封面上还均设置有密封薄层。优选地，所述密封薄层通过沉积或喷涂的方式形成。优选地，所述固体聚合物电解质膜的边缘设置有增强涂层。优选地，当所述阴极板设置有所述凹槽时，所述阳极板的对应的外围边缘设置有密封支撑；当所述阳极板设置有所述凹槽时，所述阴极板的对应的外围边缘设置有密封支撑。优选地，当所述阴极板设置有凹槽时，所述阳极一体化结构的尺寸比所述阴极一体化结构的尺寸大；当所述阳极板设置有凹槽时，所述阴极一体化结构的尺寸比所述阳极一体化结构的尺寸大。优选地，所述阴极一体化结构的尺寸与所述阳极一体化结构的尺寸偏差为沿周向偏差2mm。在上述技术方案中，相比于
技术介绍
中所介绍的内容，上述高差压水电解器中，通过阴极一体化平面结构和阳极一体化平面结构，使得阴极膜电极表面与阴极板之间和阳极膜电极与阳极板之间的密封面保持平整，以及通过设置对应深度的凹槽可嵌入阴极一体化结构或阳极一体化结构，使得嵌入凹槽侧的集电器与固体聚合物电解质膜接触的部分为一个平整的整体，进而开设有凹槽侧的极板(阴极板或阳极板)产出高压气体时，可避免了常压侧与产出高压气体侧产生高压差的情况，出现固体聚合物电解质膜受力不均导致的剪切或机械损伤的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面
描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为传统的等压水电解器的爆炸结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的高差压水电解器的爆炸结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的阴极板的俯视结构的示意图；图4为图3的A-A的剖视结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的阳极板的俯视结构的示意图；图6为图5的B-B的剖视结构示意图。上图1-6中：阴极板1、阳极板2、阴极集电器3、阴极膜电极4、阳极集电器5、阳极膜电极6、固体聚合物电解质膜7、密封垫8、阴极一体化结构9、阳极一体化结构10、增强涂层11、水气进出的通道12、密封支撑13。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种高差压水电解器，以避免了高差压水电解器运行过程中SPE膜出现剪切或机械损伤的问题。为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图2-6所示，本专利技术实施例提供的高差压水电解器，包括电解芯体，电解芯体包括阴极板1和阳极板2，靠近阴极板1一侧设置有阴极集电器3和阴极膜电极4，靠近阳极板2一侧设置有阳极集电器5和阳极膜电极6，阴极集电器3和阳极集电器5之间设置有固体聚合物电解质膜7，阴极集电器3和阴极膜电极4为阴极一体化结构9，阳极集电器5和阳极膜电极6为阳极一体化结构10；阴极板1和阳极板2任意一个极板上设置有凹槽，当凹槽设置在阴极板1上时，凹槽可嵌入对应的阴极一体化结构9，且凹槽的深度为阴极一体化结构9的厚度；当凹槽设置在阳极板2上时，凹槽可嵌入对应的阳极一体化结构10，且凹槽的深度为阳极一体化结构10的厚度。相比于
技术介绍
中所介绍的内容，上述高差压水电解器中，通过阴极一体化平面结构和阳极一体化平面结构，使得阴极膜电极表面与阴极板之间和阳极膜电极与阳极板之间的密封面保持平整，以及通过设置对应深度的凹槽可嵌入阴极一体化结构或阳极一体化结构，使得嵌入凹槽侧的集电器与固体聚合物电解质膜接触的部分为一个平整的整体，进而开设有凹槽侧的极板(阴极板或阳极板)产出高压气体时，可避免了常压侧与产出高压气体侧产生高压差的情况，出现固体聚合物电解质膜受力不均导致的剪切或机械损伤的问题。需要说明的是，当需要产出高压氢气时，凹槽设置在阴极板上；当需要产出高压氧气时，凹槽设置在阳极板上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高差压水电解器，包括电解芯体，所述电解芯体包括阴极板(1)和阳极板(2)，靠近所述阴极板(1)一侧设置有阴极集电器(3)和阴极膜电极(4)，靠近所述阳极板(2)一侧设置有阳极集电器(5)和阳极膜电极(6)，所述阴极集电器(3)和所述阳极集电器(5)之间设置有固体聚合物电解质膜(7)，其特征在于，所述阴极集电器(3)和所述阴极膜电极(4)为阴极一体化结构(9)，所述阳极集电器(5)和所述阳极膜电极(6)为阳极一体化结构(10)；所述阴极板(1)和所述阳极板(2)任意一个极板上设置有凹槽，当所述凹槽设置在阴极板(1)上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阴极一体化结构(9)，且所述凹槽的深度为所述阴极一体化结构(9)的厚度；当所述凹槽设置在阳极板(2)上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阳极一体化结构(10)，且所述凹槽的深度为所述阳极一体化结构(10)的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种高差压水电解器，包括电解芯体，所述电解芯体包括阴极板(1)和阳极板(2)，靠近所述阴极板(1)一侧设置有阴极集电器(3)和阴极膜电极(4)，靠近所述阳极板(2)一侧设置有阳极集电器(5)和阳极膜电极(6)，所述阴极集电器(3)和所述阳极集电器(5)之间设置有固体聚合物电解质膜(7)，其特征在于，所述阴极集电器(3)和所述阴极膜电极(4)为阴极一体化结构(9)，所述阳极集电器(5)和所述阳极膜电极(6)为阳极一体化结构(10)；所述阴极板(1)和所述阳极板(2)任意一个极板上设置有凹槽，当所述凹槽设置在阴极板(1)上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阴极一体化结构(9)，且所述凹槽的深度为所述阴极一体化结构(9)的厚度；当所述凹槽设置在阳极板(2)上时，所述凹槽可嵌入对应的所述阳极一体化结构(10)，且所述凹槽的深度为所述阳极一体化结构(10)的厚度。2.如权利要求1所述的高差压水电解器，其特征在于，所述阴极板(1)和所述阳极板(2)的水气进出的通道(12)均设置在各自的内部。3.如权利要求1所述的高差压水电解器，其特征在于，所述阴极板(1)或所述阳极板(2)与固体聚合物电解质膜(7)之间设置有密封垫(8)。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊荣，谭意诚，谢曙，张宝俊，王龙，
申请(专利权)人：淳华氢能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44