一种阳极双极板及具有其的制氢系统技术方案

本发明专利技术涉及新能源技术领域，具体涉及一种阳极双极板及具有其的制氢系统。一种阳极双极板，包括：双极板本体，沿电解槽的流场的流动方向设置，设有至少两条流道，相邻的流道间形成有肋条，流场在制氢状态下在流道内流动有液态纯水，肋条的底面与电解槽的阳极扩散层贴合设置；子流道结构，设于所述肋条内，子流道结构包括入口、出口、以及连通入口和出口的子流道，入口设于肋条的侧面，出口设于肋条底面；在制氢状态下，液态纯水自入口进入经子流道到达出口后，到达肋条的底面处的阳极扩散层内，以避免气体堆积。本发明专利技术解决流场内的液态纯水无法与肋条的下面的多孔层直接接触，存在气体易在肋条下部区域堆积、阻碍液态纯水向反应区域传输的缺陷。的缺陷。的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种阳极双极板及具有其的制氢系统


[0001]本专利技术涉及新能源
，具体涉及一种阳极双极板及具有其的制氢系统。

技术介绍

[0002]目前，氢能源是最具前景的清洁和可持续能源载体之一，具有能量密度高(140MJ/kg)，反应过程不会产生碳排放等诸多优点。现有技术中，水电解是生产低碳氢气最常用的一种方法，其中尤以质子交换膜水电解技术极具应用前景，具有效率高、氢气纯度高、无污染等优点。
[0003]质子交换膜水电解技术中，质子交换膜电解池(PEMEC)是关键所在，有着结构紧凑、电流密度高、产氢效率高等优点。PEMEC由阳极双极板、阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层和阴极双极板组成。其中，双极板上的流场通道是反应物和产物的传输通道，对PEMEC性能有着重要影响。在PEMEC阳极侧，外界供应的纯水先进入流场，再通过扩散层到达反应区域，即催化层，反应产生的氧气和多余的反应物，如液态水，反向通过扩散层进入流道，流道内的气体在水流作用下向流场出口排出而被收集。在PEMEC的阴极侧，由于阴极反应无需耗水，阴极流场可不通水，但通水可强化传热、推动氢气排出并提升膜含水量。
[0004]在电解池的多种流场结构中，由于流场内的液态纯水无法与双极板两条相邻流道间的肋条(RIB)的下方的多孔层直接接触，气体极易在肋条的下部区域堆积，阻碍液态纯水向反应区域的传输，也容易导致局部热点的形成，从而影响到电解性能和部件寿命。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的流场结构中的流场内的液态纯水无法与肋条下面的多孔层直接接触，存在气体易在肋条下部区域堆积、阻碍液态纯水向反应区域传输的缺陷，从而提供一种阳极双极板及具有其的制氢系统。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种阳极双极板，包括：
[0007]双极板本体，所述双极板本体沿电解槽的流场的流动方向设置，所述双极板本体设有至少两条流道，相邻的所述流道间形成有肋条，所述流场在制氢状态下在流道内流动有液态纯水，所述肋条的底面与电解槽的阳极扩散层贴合设置；
[0008]子流道结构，设于所述肋条内，所述子流道结构包括入口、出口、以及连通所述入口和出口的子流道，所述入口设于肋条的侧面，所述出口设于肋条的底面；在制氢状态下，所述液态纯水自入口进入经子流道到达出口后，到达肋条的底面处的阳极扩散层内，以避免气体的堆积。
[0009]可选地，所述子流道设有连通设置的第一子流道和第二子流道，所述第一子流道连通有入口、第二子流道连通有出口，所述第一子流道的中轴线与液态纯水的流动方向成锐角设置，所述第二子流道的中轴线与阳极扩散层成垂直设置。
[0010]可选地，所述锐角角度为30
°
至60
°
。
[0011]可选地，所述第一子流道和第二子流道间设有第三子流道，所述第三子流道以连通第一子流道和第二子流道，所述第三子流道截面为圆弧形。
[0012]可选地，所述肋条与双极板本体一体成型。
[0013]可选地，同一双极板本体上设有至少两个间隔设置的子流道结构。
[0014]一种制氢系统，包括上述的阳极双极板，所述双极板本体的数量为间隔设置的至少两块。
[0015]可选地，所述电解池还包括依次叠放的阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层和阴极双极板，其中，阳极扩散层背离所述双极板本体的一侧与阳极催化层贴合设置。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0017]1.本专利技术提供的阳极双极板，包括：双极板本体，双极板本体沿电解槽的流场的流动方向设置，双极板本体设有至少两条流道，相邻的流道间形成有肋条，流场在制氢状态下在流道内流动有液态纯水，肋条的底面与电解槽的阳极扩散层贴合设置；设于肋条内的子流道结构，设有入口、出口、以及连通入口和出口的子流道，入口设于肋条的侧面，出口设于肋条的底面；在制氢状态下，液态纯水自入口进入经子流道达到出口后，到达肋条的底面处的阳极扩散层内，以避免气体的堆积。在制氢状态下，液态纯水经子流道进入阳极扩散层，再到阳极催化层、质子交换膜，制氢过程中会产生气体，通过子流道内的液态纯水的冲刷，使堆积在肋条的下部区域的阳极扩散层内的气体分散，同时，液态纯水还可通过子流道向反应区域流动从而使反应区域不会存在死角，使反应物和电流密度分布均匀，提升电解性能。此外，在上述液态纯水的流动冲刷作用下还可以避免子流道内存在气泡而堵塞子流道的问题。
[0018]2.本专利技术提供的阳极双极板，子流道设有连通设置的第一子流道和第二子流道，第一子流道连通有入口、第二子流道连通有出口，第一子流道的中轴线与液态纯水的流动方向成锐角设置，相较于第一子流道与液态纯水成直角设置，锐角设置使液态纯水在流动中自然地进入到入口内，锐角角度为30
°
至60
°
为流入优选角度。第二子流道的中轴线与阳极扩散层成垂直设置，以使液态纯水在水的压力作用下自然进入阳极扩散层中，从而带动阳极扩散层内气体运动至其它位置。
[0019]3.本专利技术提供的阳极双极板，第一子流道和第二子流道间设有第三子流道，第三子流道以连通第一子流道和第二子流道，第三子流道截面为圆弧形，圆弧形子流道以使液态纯水经第一子流道到达第二子流道。
[0020]4.本专利技术提供的阳极双极板，同一双极板本体上设有至少两个间隔设置的子流道结构，以使液态纯水通过上述子流道结构到达阳极扩散层的不同位置。
[0021]5.本专利技术提供的阳极双极板，肋条与双极板本体一体成型，即，肋条是双极板本体的一部分，二者的材质相同以便于制造。
[0022]6.本专利技术提供的制氢系统，由于采用了上述任一项所述的阳极双极板，因此具有上述阳极双极板任一项所述的优点。双极板本体的数量为间隔设置的至少两块，多块双极板本体的设置使液态纯水更快地到达阳极扩散层的不同位置。
[0023]7.本专利技术提供的制氢系统，电解池还包括依次叠放的阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层和阴极双极板，其中，阳极扩散层背离双极板本体的一侧与阳极催化
层贴合设置，以使液态纯水经阳极扩散层到达阳极催化层，电解池的设置以实现氢气的制取。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术的实施方式中提供的阳极双极板的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术的实施方式中提供的阳极双极板的半剖结构示意图。
[0027]附图标记说明：1、入口；2、肋条；3、流动方向；4、底面；5、侧面；6、第一子流道；7、第三子流道；8、第二子流道；9、出口。
具体实施方式
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳极双极板，其特征在于，包括：双极板本体，所述双极板本体沿电解槽的流场的流动方向(3)设置，所述双极板本体设有至少两条流道，相邻的所述流道间形成有肋条(2)，所述流场在制氢状态下在流道内流动有液态纯水，所述肋条(2)的底面(4)与电解槽的阳极扩散层贴合设置；子流道结构，设于所述肋条(2)内，所述子流道结构包括入口(1)、出口(9)、以及连通所述入口(1)和出口(9)的子流道，所述入口(1)设于肋条(2)的侧面(5)，所述出口(9)设于肋条(2)的底面(4)；在制氢状态下，所述液态纯水自入口(1)进入经子流道到达出口(9)后，到达肋条(2)的底面(4)处的阳极扩散层内，以避免气体的堆积。2.根据权利要求1所述的阳极双极板，其特征在于，所述子流道设有连通设置的第一子流道(6)和第二子流道(8)，所述第一子流道(6)连通有入口(1)、第二子流道(8)连通有出口(9)，所述第一子流道(6)的中轴线与液态纯水的流动方向(3)成锐角设置，所述第二子流道(8)的中轴线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹立坤，陈志超，刘聪，顾玲俐，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：