一种质子交换膜水电解槽制造技术

技术编号:33903911 阅读:12 留言:0更新日期:2022-06-22 17:51
本实用新型专利技术公开一种质子交换膜水电解槽,该电解槽是由阴极端板、阴极板、第一密封垫圈、第一阴极扩散层、第一膜电极、第一阳极扩散层、第二密封垫圈、双极板、第三密封垫圈、第二阴极扩散层、第二膜电极、第二阳极扩散层、第四密封垫圈、阳极板、阳极端板依次组装,并用螺杆螺母紧固为一体;所述第一膜电极和第二膜电极均是由质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层构成;所述阳极板的一侧设置有反应流场,从顶部至底部,反应流场依次包括相连通的第一流场分配区、流场反应区和第二流场分配区。本实用新型专利技术通过优化设计水电解槽极板流场等,使得流场内气液分布均匀,提高传输效率,进一步提高电解性能,而且可节省原料,提高质子膜利用率、降低成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜水电解槽


[0001]本技术涉及电解水制氢
,具体地说是涉及一种质子交换膜水电解槽。

技术介绍

[0002]氢能是一种理想的清洁能源,具有巨大的发展潜力。氢能的利用需要从制氢开始,制氢过程按照碳排放强度分为灰氢、蓝氢、绿氢(电解水制氢、可再生能源)。氢能产业发展的初衷是零碳或低碳排放,因此绿氢是未来能源产业的发展方向。PEM电解水是一种优异的制绿氢技术,PEM水电解制氢技术类似于质子交换膜燃料技术的逆反应,其原理是在流场板两端施加电压,并且向阳极侧供给水,水在阳极被分解为氧气O2、质子H
+
及电子e

,H
+
再通过质子交换膜到达阴极,在阴极与e

生成氢气。PEM水电解电流密度高、电解槽体积小、运行灵活、利于快速变载,与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性,发展前景广阔。虽然PEM电解水制氢技术有如上诸多优点,但是目前其发展也存在许多技术难题,例如成本高,阳极侧气液传输中,氧气对反应水传输影响,气液传输效率低等。

技术实现思路

[0003]基于上述技术问题,本技术提出一种质子交换膜水电解槽。
[0004]本技术所采用的技术解决方案是:
[0005]一种质子交换膜水电解槽,包括阴极端板、阴极板、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、双极板、阳极板、阳极端板和密封垫圈;
[0006]所述阴极扩散层包括第一阴极扩散层和第二阴极扩散层,阳极扩散层包括第一阳极扩散层和第二阳极扩散层;所述膜电极包括第一膜电极和第二膜电极;
[0007]第一阴极扩散层和第一阳极扩散层相邻布置,第一膜电极设置在第一阴极扩散层和第一阳极扩散层之间;第二阴极扩散层和第二阳极扩散层相邻布置,第二膜电极设置在第二阴极扩散层和第二阳极扩散层之间;
[0008]所述密封垫圈包括第一密封垫圈、第二密封垫圈、第三密封垫圈和第四密封垫圈,其中第一密封垫圈设置在阴极板和第一阴极扩散层之间,第二密封垫圈设置在第一阳极扩散层和双极板之间,第三密封垫圈设置在双极板和第二阴极扩散层之间,第四密封垫圈设置在第二阳极扩散层和阳极板之间;
[0009]阴极端板、阴极板、第一密封垫圈、第一阴极扩散层、第一膜电极、第一阳极扩散层、第二密封垫圈、双极板、第三密封垫圈、第二阴极扩散层、第二膜电极、第二阳极扩散层、第四密封垫圈、阳极板、阳极端板依次组装,并用螺杆螺母紧固为一体。
[0010]优选的,所述第一膜电极和第二膜电极均是由质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层构成,阳极催化层和阴极催化层设置于质子交换膜两侧。
[0011]优选的,所述第一阳极扩散层和第二阳极扩散层均采用钛纤维毡。
[0012]优选的,在钛纤维毡的表面设置有耐腐蚀涂层。
[0013]优选的,所述第一阴极扩散层和第二阴极扩散层均采用多层碳纸。
[0014]优选的,所述阳极板的一侧设置有反应流场,在阳极板的顶部设置有与反应流场相通的进水口,在阳极板的底部设置有与反应流场相通的水氧出口;从顶部至底部,反应流场依次包括相连通的第一流场分配区、流场反应区和第二流场分配区;
[0015]所述第一流场分配区和第二流场分配区均设置有若干个导流条,所有导流条沿阳极板的横向呈多排布置,上下相邻排之间的导流条呈错位布置;
[0016]所述流场反应区设置有若干条平行流道。
[0017]优选的,所述导流条呈圆角矩形,导流条的中间处宽度为1.5

2mm;导流条的长度为1.8

2.5mm。
[0018]优选的,从第一流场分配区和第二流场分配区的上方至下方,每排相邻导流条之间的间隔宽度逐渐增大。
[0019]优选的,在第一流场分配区和第二流场分配区的左右两侧设置有柱状凸起,柱状凸起的直径为0.5

1.2mm。
[0020]优选的,所述阴极板的一侧设置有平行流道;所述双极板朝向阳极板的一侧设置有与阳极板结构相同的反应流场,双极板朝向阴极板的一侧设置有与阴极板结构相同的平行流道。
[0021]本技术的有益技术效果是:
[0022](1)本技术提供一种质子交换膜水电解结构,用于PEM电解水制氢,该结构通过优化设计水电解槽极板流场,使得流场内气液分布均匀,提高传输效率,并进一步提高电解性能。
[0023](2)本技术中阳极板设置流场分配区与流场反应区,并采用导流条与柱状凸起结合平行流道的形式,提高反应水扩散能力与分布均匀性,减少气泡聚集,提高电解效率。
[0024](3)本技术中阴极扩散层采用多层碳纸,满足气液传质需要,阳极扩散层采用钛纤维毡加耐腐蚀涂层,提高阳极扩散层化学稳定性,同时导电性好、机械性能优良,提高电解性能。
[0025](4)本技术将阴极端板、阴极板、阴极扩散层、膜电极等依次组装成方形电解槽结构,可节省原料,提高质子膜利用率、降低成本。
附图说明
[0026]下面结合附图与具体实施方式对本技术作进一步说明:
[0027]图1为本技术质子交换膜水电解槽的分解结构示意图;
[0028]图2为本技术中阳极板的结构示意图;
[0029]图3为图2的局部放大示意图。
具体实施方式
[0030]结合附图,一种质子交换膜水电解槽,包括阴极端板1、阴极板2、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、双极板3、阳极板4、阳极端板5和密封垫圈。所述阴极扩散层包括第一阴极扩散层6和第二阴极扩散层7,阳极扩散层包括第一阳极扩散层8和第二阳极扩散层9。所述
膜电极包括第一膜电极10和第二膜电极11。第一阴极扩散层6和第一阳极扩散层8相邻布置,第一膜电极10设置在第一阴极扩散层6和第一阳极扩散层8之间。第二阴极扩散层7和第二阳极扩散层9相邻布置,第二膜电极11设置在第二阴极扩散层7和第二阳极扩散层9之间。所述密封垫圈包括第一密封垫圈12、第二密封垫圈13、第三密封垫圈14和第四密封垫圈15,其中第一密封垫圈12设置在阴极板和第一阴极扩散层之间,第二密封垫圈13设置在第一阳极扩散层和双极板之间,第三密封垫圈14设置在双极板和第二阴极扩散层之间,第四密封垫圈15设置在第二阳极扩散层和阳极板之间。阴极端板1、阴极板2、第一密封垫圈12、第一阴极扩散层6、第一膜电极10、第一阳极扩散层8、第二密封垫圈13、双极板3、第三密封垫圈14、第二阴极扩散层7、第二膜电极11、第二阳极扩散层9、第四密封垫圈15、阳极板4、阳极端板5依次组装,并用螺杆螺母16紧固为一体,形成方形的一体化电解槽。所述阴极端板1、阳极端板5等上设置有与螺杆螺母16相配合的定位孔25,利于电解槽组装定位。
[0031]作为对本技术的进一步设计,所述第一膜电极和第二膜电极均是由质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层构成,阳极催化层和阴极催化层设置于质子交换膜两侧。具体地,阳极催化层和阴极催本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜水电解槽,其特征在于:包括阴极端板、阴极板、阴极扩散层、膜电极、阳极扩散层、双极板、阳极板、阳极端板和密封垫圈;所述阴极扩散层包括第一阴极扩散层和第二阴极扩散层,阳极扩散层包括第一阳极扩散层和第二阳极扩散层;所述膜电极包括第一膜电极和第二膜电极;第一阴极扩散层和第一阳极扩散层相邻布置,第一膜电极设置在第一阴极扩散层和第一阳极扩散层之间;第二阴极扩散层和第二阳极扩散层相邻布置,第二膜电极设置在第二阴极扩散层和第二阳极扩散层之间;所述密封垫圈包括第一密封垫圈、第二密封垫圈、第三密封垫圈和第四密封垫圈,其中第一密封垫圈设置在阴极板和第一阴极扩散层之间,第二密封垫圈设置在第一阳极扩散层和双极板之间,第三密封垫圈设置在双极板和第二阴极扩散层之间,第四密封垫圈设置在第二阳极扩散层和阳极板之间;阴极端板、阴极板、第一密封垫圈、第一阴极扩散层、第一膜电极、第一阳极扩散层、第二密封垫圈、双极板、第三密封垫圈、第二阴极扩散层、第二膜电极、第二阳极扩散层、第四密封垫圈、阳极板、阳极端板依次组装,并用螺杆螺母紧固为一体。2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜水电解槽,其特征在于:所述第一膜电极和第二膜电极均是由质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层构成,阳极催化层和阴极催化层设置于质子交换膜两侧。3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜水电解槽,其特征在于:所述第一阳极扩散层和第二阳极扩散层均采用钛纤维毡。4.根据权利要求3所述的一种质子交换膜水电解槽,其特征在于:在钛纤维毡的表面设置有耐腐...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵海超赵宏张纪尧王杰甄崇礼
申请(专利权)人:青岛创启信德新能源科技有限公司
类型:新型
国别省市:

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