一种制备高压氢气的电化学氢泵制造技术

本发明专利技术涉及一种制备高压氢气的多级电化学氢泵，所述一种制备高压氢气的多级电化学氢泵是由包括紧固端板和紧固螺杆、绝缘板、电极板、分隔固定板、气液传输板、膜电极组件等构成。分隔固定板与气液传输板形成气室组件，其内孔空间直接作为气室，减少了死体积，增大了安全性；增大了与膜电极接触面积，给膜电极最好的支撑，同时降低了欧姆阻抗，提高了氢泵的效能；多级电化学氢泵是由多个氢泵串联而成，实现逐级增压。结构简单，易于加工制造，适于大规模生产，可以大幅度降低成本，同时使组装工序和要求相对简单易于控制。该技术适用范围宽，小至便携式移动氢气增压设备，大至固定式氢气加氢站等使用，也可用于高纯度氢气提纯设备。

【技术实现步骤摘要】
一种制备高压氢气的电化学氢泵
本专利技术涉及制氢设备
，特别是涉及一种制备高压氢气的电化学氢泵。
技术介绍
目前充分利用自然能和氢能是实现碳减排，应对化石能源枯竭的最优选择。利用氢能就要解决氢气的生产、储存、运输、利用等几大环节的关键问题。氢多以气体状态存在，在储存和运输过程中，氢气要被压缩成高压氢气或液化成液态氢。氢气被压缩成高压氢气的方法主要是靠机械能反复做功将氢气压缩，然后储存在高压气瓶中，不仅增压设备庞大，工作过程要消耗大量能量、噪音大、增压泵往返运动也会造成密封件磨损导致漏气，更为重要的是当氢气被压缩到一定高压后，压缩因子增大，难以进一步压缩，同时要消耗更大能量。目前可以用电化学氢泵替代常用的往复式机械增压装置，与后者相比，电化学氢泵有紧凑、升压效率高、由于没有机械动作部分，因此无需维护、几乎没有噪声等诸多优点。电化学氢泵基本是由质子传导膜分开的两个气室构成，质子传导膜两侧辅有电化学催化剂，在外接直流电时处于正极气室内的低压氢气在电催化作用下解离成质子通过质子传导膜传至负极气室重新生成高压氢气，如公式(1)所示。E＝(RT/2F)ln(P2/P2)+ir(1)在(1)式中，E为施加于氢泵两侧的直流电压(V)，R为气体常量(8.3145J/K·mol)，T为氢泵内的温度(K)，F为法拉第常量(96485C/mol)，P1表示正极侧压力(Pa)，P2表示负极侧压力(Pa)，i表示电流(A)，r表示电池总电阻(Ω)。当温度和电流、总电阻不变时，施加的直流电压越大，氢气压力增高的倍数越大，这个倍数的增加是趋于电压值的自然常数次方的，增压效果剧增。日本松下公司在电化学氢泵做了一些工作，在中国专利110552014A中主要描述了单级增压中对膜的强支撑结构，在中国专利111082091A中主要描述了多单元氢泵结构，在日本专利666751B1、6719054B2、6719075B1、2020117782A等中，所描述的多单元氢泵结构都是采用所施加的电压为串联模式，而进入各单元氢泵的低压氢气都为联通在一起(同一公共管道，气体压力一致)的并联模式，从多组氢泵出来的高压氢气也都为连通在一起(同一公共管道，气体压力一致)的并联模式的，这样的结构只能提高高压氢气的生成量，并没有使氢气压力成级数倍增大。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前的制氢设备所存在的增压过程耗能高、噪音大、效率低的问题，提供一种制备高压氢气的电化学氢泵。上述目的通过下述技术方案实现：一种制备高压氢气的电化学氢泵，包括固连为一体的固定端板、绝缘板、电极板、分隔固定板、气液传输板和膜电极组件，所述气液传输板固定连接于所述分隔固定板后形成气室组件；所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板数量均为两个且相对设置，由外至内依次为所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板；所述气室组件数量均为多个，所述气室组件设置于两个所述电极板之间，任意两个相邻所述气室组件之间设置有一个所述膜电极组件。在其中一个实施例中，所述分隔固定板和所述气液传输板的厚度相同，所述分隔固定板上设置有安装台阶，所述气液传输板上设置有安装凸台，所述安装凸台卡接于所述安装台阶以使所述气液传输板固定于所述分隔固定板。在其中一个实施例中，所述分隔固定板一侧或两侧设置有凹槽，所述气液传输板厚度等于所述凹槽的深度，所述气液传输板嵌入所述凹槽内并固连于所述分隔固定板；所述分隔固定板上设置有通孔，所述通孔开设于所述凹槽底面。在其中一个实施例中，相邻两个所述气室组件当中所述分隔固定板上的通孔错位设置。在其中一个实施例中，所述电极板包括正极板和负极板，靠近所述正极板的所述固定端板上设置有低压氢气入口和低压氢气出口，靠近所述负极板的所述固定端板上设置有高压氢气出口。在其中一个实施例中，所述气液传输板为多孔导电金属板或多孔导电碳板。在其中一个实施例中，所述膜电极组件包括由内向外依次布置的质子传导膜、催化层和扩散层。在其中一个实施例中，所述膜电极组件和所述气液传输板之间设有碳纸、碳毡或其他常见多孔导电材料。本专利技术的有益效果是：1、制备高压氢气的多级电化学氢泵有紧凑、升压效率高、由于没有机械动作部分，因此无需维护、几乎没有噪声等诸多优点；2、采用多孔气液传输板，其内孔空间直接作为气室，减少了多级电化学氢泵气体空间，减少了死体积，增大了安全性，减少了多级氢泵的容积；同时增大了与膜电极接触面积，给膜电极最好的支撑，同时增大了降低了欧姆阻抗，提高了氢泵的效能；3、将分隔固定板和气液传输板加工成对应匹配的凸凹形状构成组合件，使之共同承受膜电极两侧的压力差，有效支撑膜电极，使之不产生形变，延长膜电极以及氢泵的稳定性和寿命；4、采用多个氢泵串联而成多级电化学氢泵，电子导电和离子导电依次形成串联，由低压气室到高压气室依次形成串联，提高增压功效，降低能耗；5、结构简单，易于加工制造，适于大规模生产，可以大幅度降低成本，同时使组装工序和要求相对简单易于控制。应用于便携式移动氢气增压设备以及固定式氢气加氢站等使用，也可用于高纯氢制备设备。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的制备高压氢气的电化学氢泵当中气室组件的结构示意图；图2为图1当中实施例提供的制备高压氢气的电化学氢泵的结构示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的制备高压氢气的电化学氢泵当中气室组件的结构示意图；图4为图3当中实施例提供的制备高压氢气的电化学氢泵的结构示意图。其中：紧固端板1；螺杆2；绝缘垫3；正极板4；负极板5；分隔固定板6；分隔固定板原板6a；气液传输板7；气室组件6-7；膜电极组件8；通孔9；通孔10；低压氢气入口11，低压氢气出口12；高压氢气出口13。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高压氢气的电化学氢泵，其特征在于，包括固连为一体的固定端板、绝缘板、电极板、分隔固定板、气液传输板和膜电极组件，所述气液传输板固定连接于所述分隔固定板后形成气室组件；所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板数量均为两个且相对设置，由外至内依次为所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板；所述气室组件数量均为多个，所述气室组件设置于两个所述电极板之间，任意两个相邻所述气室组件之间设置有一个所述膜电极组件。/n

【技术特征摘要】
1.一种制备高压氢气的电化学氢泵，其特征在于，包括固连为一体的固定端板、绝缘板、电极板、分隔固定板、气液传输板和膜电极组件，所述气液传输板固定连接于所述分隔固定板后形成气室组件；所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板数量均为两个且相对设置，由外至内依次为所述固定端板、所述绝缘板和所述电极板；所述气室组件数量均为多个，所述气室组件设置于两个所述电极板之间，任意两个相邻所述气室组件之间设置有一个所述膜电极组件。


2.根据权利要求1所述的制备高压氢气的电化学氢泵，其特征在于，所述分隔固定板和所述气液传输板的厚度相同，所述分隔固定板上设置有安装台阶，所述气液传输板上设置有安装凸台，所述安装凸台卡接于所述安装台阶以使所述气液传输板固定于所述分隔固定板。


3.根据权利要求1所述的制备高压氢气的电化学氢泵，其特征在于，所述分隔固定板一侧或两侧设置有凹槽，所述气液传输板厚度等于所述凹槽的深度，所述气液传输板嵌入所述凹槽内并固连于所述分隔固定板；所述分隔固定板上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王科锋，
申请(专利权)人：郑州正方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41