导向楔形结构的电极单元及含有该电极单元的电解单元制造技术

本实用新型专利技术提供了一种导向楔形结构的电极单元及含有该电极单元的电解单元，其中导向楔形结构的电极单元，包括：电极框和电极板；所述电极框内设有电极板，且两者构成一个储液腔；电极框设有与储液腔连通的液体入口流道和气液出口流道；所述电极板位于储液腔内的表面间隔设有若干凹凸排列的楔形单元；若干楔形单元均匀分布，且每个楔形单元均与流经电极板的液体流动方向呈锐角设置。本实用新型专利技术所述导向楔形结构的电极单元，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，可减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
导向楔形结构的电极单元及含有该电极单元的电解单元


[0001]本技术属于电解水制氢
，尤其涉及一种导向楔形结构的电极单元及含有该电极单元的电解单元。

技术介绍

[0002]氢能是一种新型的清洁能源，氢能利用过程最终仅产生水，不会产生污染物及二氧化碳排放。因此，目前在清洁能源大发展以及“碳达峰”、“碳中和”的历史大背景下，氢能技术的发展势在必行。目前，电解水制氢是最常用也是唯一大规模商业化运行的制氢方法。电解槽的结构决定了电解液的流动分布，对电解产氢过程的效率有重要影响。目前商用的压滤式电解槽电解单元(小室)内部的主极板表面多采用凹凸相间的结构(乳凸结构)，如图1所示。该结构的设计初衷，一方面可以使两侧的极板能够以“顶对顶”的形式形成多点接触；另一方面增加了流动的扰动程度，减小流道内各处电解液的浓度差，使电解液分布更均匀。但是在实际应用中，该乳凸结构的电极板有以下缺点：
[0003]1、碱液在小室内流动时，凹凸结构可以产生垂直于电极板的流动，但缺乏横向流动，将导致碱液在电极板径向的分布不均匀，且随着电解槽尺寸的增加，碱液的非均匀分布越严重，将大大阻碍电解槽设备大型化的发展；
[0004]2、极板表面的凹凸结构使两侧极板为“顶对顶”接触，即并未完全接触，随着电解的进行，小室产生的大量气泡运动至凹凸顶点附近位置，将会增加电极板的接触电阻，增大电解能耗；
[0005]3、电解单元内的气泡经过凹凸结构时，有可能会被“卡”在凹陷处，增加气泡的停留时间，增加电解能耗。
[0006]综上，需要设计一种新型的电极板结构，以克服现有电极板的缺陷。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本技术一个目的在于提出一种导向楔形结构的电极单元，用于电解水制氢时，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在极板上的均匀分布，同时可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。
[0008]本技术的另一个目的在于提出一种电解单元。
[0009]为了达到上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种导向楔形结构的电极单元，包括：电极框和电极板；
[0010]所述电极框内设有电极板，且两者构成一个储液腔；电极框上设有与储液腔连通的液体入口流道和气液出口流道；
[0011]所述电极板位于储液腔内的表面间隔设有若干凹凸排列的楔形单元；若干楔形单元均匀分布，且每个楔形单元均与流经电极板的液体流动方向呈锐角设置。
[0012]本技术实施例的导向楔形结构的电极单元，用于电解水制氢时，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在极板上的均匀分布，同时可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。
[0013]另外，根据本技术上述实施例提出的导向楔形结构的电极单元，还可以具有如下附加技术特征：
[0014]在本技术的一个实施例中，所述电极框为环状；电极板内嵌于电极框的内圆周内，且两者焊接于一体。
[0015]在本技术的一个实施例中，若干凸起的楔形单元间隔一定间距成排设置，若干下凹的楔形单元间隔一定间距成排设置；成排设置的凸起的楔形单元与成排设置的下凹的楔形单元相互平行，且间隔设置；相邻两排的凸起的楔形单元和下凹的楔形单元间隔设置。
[0016]在本技术的一个实施例中，若干楔形单元通过冷轧深冲的方式形成于电极板上。
[0017]在本技术的一个实施例中，每个楔形单元均与自液体入口流道进入电极板的液体流动方向呈30
‑
45
°
设置。
[0018]在本技术的一个实施例中，若干楔形单元均由两个互成锐角或直角的第一构件和第二构件构成；第一构件或第二构件与自液体入口流道进入电极板的液体流动方向呈30
‑
45
°
设置。
[0019]在本技术的一个实施例中，在若干凸起的楔形单元中，第一构件和第二构件为呈长方体或正方体状的凸起。
[0020]在本技术的一个实施例中，在若干下凹的楔形单元中，第一构件和第二构件为呈长方体或正方体状的凹槽。
[0021]在本技术的一个实施例中，所述液体入口流道和气液出口流道相对设置，且液体入口流道和气液出口流道均沿储液腔的深度方向设置。
[0022]在本技术的一个实施例中，液体入口流道位于电极框上背向若干楔形单元开口一侧，气液出口流道位于电极框上正对若干楔形单元开口一侧。
[0023]为达到上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种电解单元，包括如上所述的导向楔形结构的电极单元和电极；所述电极自储液腔一侧覆盖在所述导向楔形结构的电极单元的电极板上，且电极与若干凸起的楔形单元紧贴。
[0024]本技术实施例的电解单元，除了具有导向楔形结构的电极单元的优势之外，电极与若干凸起的楔形单元紧贴，可实现导向楔形结构的电极单元和电极的“面与面”的紧密接触，避免了气泡经过时导致的接触电阻的增大。
[0025]在本技术的一个实施例中，所述电极为镍网。
[0026]本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0027]本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]图1是传统电解槽乳凸结构的电极板。
[0029]图2是本技术一个实施例的导向楔形结构的电极单元一个角度的简单立体图(下凹的楔形单元未显示)。
[0030]图3是本技术一个实施例的导向楔形结构的电极单元另一个角度的立体图(下凹的楔形单元未显示)。
[0031]图4是本技术一个实施例的导向楔形结构的电极单元的俯视图(下凹的楔形单元未显示)。
[0032]图5是图4中B处的放大结构示意图。
[0033]图6是图4中A
‑
A剖视结构示意图。
[0034]图7是图4中C
‑
C剖视结构示意图。
[0035]图8是图4中D
‑
D剖视结构示意图。
[0036]图9是本技术一个实施例的电解单元的侧视结构示意图。
[0037]附图标记：
[0038]1‑
电极框；2
‑
电极板；3
‑
液体入口流道；4
‑
气液出口流道；5
‑
电极；6
‑
楔形单元；601
‑
第一构件；602
‑
第二构件；7
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导向楔形结构的电极单元，其特征在于，包括：电极框和电极板；所述电极框内设有电极板，且两者构成一个储液腔；电极框设有与储液腔连通的液体入口流道和气液出口流道；所述电极板位于储液腔内的表面间隔设有若干凹凸排列的楔形单元；若干楔形单元均匀分布，且每个楔形单元均与流经电极板的液体流动方向呈锐角设置。2.根据权利要求1所述的导向楔形结构的电极单元，其特征在于，所述电极框为环状；电极板内嵌于电极框的内圆周内，且两者焊接于一体。3.根据权利要求1所述的导向楔形结构的电极单元，其特征在于，若干凸起的楔形单元间隔一定间距成排设置，若干下凹的楔形单元间隔一定间距成排设置；成排设置的凸起的楔形单元与成排设置的下凹的楔形单元相互平行，且间隔设置；相邻两排的凸起的楔形单元和下凹的楔形单元间隔设置；和/或，若干楔形单元通过冷轧深冲的方式形成于电极板上。4.根据权利要求1所述的导向楔形结构的电极单元，其特征在于，每个楔形单元均与自液体入口流道进入电极板的液体流动方向呈30
‑
45
°
设置。5.根据权利要求1所述的导向楔形结构的电极单元，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，王凡，郭海礁，刘丽萍，王金意，王鹏杰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：