热压石墨极板及其制备方法、碱性电解槽和电解水制氢设备技术

本发明专利技术公开了一种热压石墨极板及制备方法、碱性电解槽和电解水制氢设备，所述热压石墨极板包括主极板和极框，极框围绕所述主极板的周侧，且所述极框和所述主极板为一体成型结构；其中，主极板包括第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维；极框包括第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂；第二预设比例中的耐碱性树脂含量大于第一预设比例中的耐碱性树脂含量。主极板中添加一定量的导电剂和碳纤维，导电剂可选用碳黑，这样可提高主极板的电导率及电学性能；由于极框中耐碱性树脂含量大于主极板中的耐碱性树脂含量，因此相对于主极板，极框的树脂含量更多，使极框的强度和耐腐蚀性进一步增强，可有效提高电解槽的整体性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
热压石墨极板及其制备方法、碱性电解槽和电解水制氢设备


[0001]本专利技术涉及电解水制氢的
，特别涉及一种热压石墨极板及其制备方法、碱性电解槽和电解水制氢设备。

技术介绍

[0002]近年来，世界能源发生了重大变化，氢气被誉为“清洁能源”。因此，大规模的电解水制氢方法的研究已被列入国家能源开发计划中，并围绕着电解水制氢设备，开展了大量的研究。电解水制氢目前主要有三种技术路线，即碱性电解(AWE)，质子交换膜电解(PEM)以及固体氧化物电解(SOEC) 三种技术路线。碱性电解水制氢技术路线最为成熟，成本最低，目前更具经济性。
[0003]极板是碱性电解槽的关键部件之一，要求具有电导率高、气密性好、机械性能良好、耐腐蚀性好及成本低等特点。在碱性电解槽中，极板大多采用金属极板，金属极板因其具有良好的导电性、导热性、机械加工性等，并且量产工艺成熟。目前，金属极板的成型工艺主要有冲压与液压工艺及橡胶垫成型工艺，冲压工艺具有更高的生产效率，橡胶垫成型工艺能解决生产过程中出现的裂纹、皱纹和表面波纹等问题，但橡胶垫需要时常更换。在碱性电解槽中，金属极板使用过程中存在易腐蚀的缺点，这会对其性能和耐久性产生不利影响；并且金属极板通常由主板和边框焊接，焊接的过程中易产生变形等不利影响。

技术实现思路

[0004](一)专利技术目的
[0005]本专利技术的目的是提供一种热压石墨极板及其制备方法、碱性电解槽和电解水制氢设备。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种热压石墨极板，用于碱性电解槽中，所述热压石墨极板包括主极板和极框，所述极框围绕所述主极板的周侧，且所述极框和所述主极板为一体成型结构；其中，所述主极板包括第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维；所述极框包括第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂；所述第二预设比例中的耐碱性树脂含量大于所述第一预设比例中的耐碱性树脂含量。
[0008]进一步地，所述主极板包括第一预设比例的以下组分：石墨粉75
‑
85wt％；耐碱性树脂15
‑
25wt％；导电剂3
‑
5wt％；碳纤维3
‑
7wt％。
[0009]进一步地，所述极框包括第二预设比例的以下组分：石墨粉40
‑
50wt％；耐碱性树脂50
‑
60wt％。
[0010]进一步地，所述耐碱性树脂包括环氧树脂、酚醛环氧树脂或乙烯基树脂。
[0011]进一步地，热压石墨极板还包括镀层，所述镀层形成于所述热压石墨极板的外周表面；其中，所述镀层的材料包括镍或钛。
[0012]本专利技术的第二方面提供了一种热压石墨极板的制备方法，用于制备上述的热压石
墨极板，所述的热压石墨极板采用模具进行制备，所述模具包括主极板形成区域和极框形成区域，极框形成区域围绕主极板形成区域的周侧；所述制备方法包括：将第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维进行搅拌，得到第一混合物；将第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂进行搅拌，得到第二混合物；将所述第一混合物放入主极板形成区域，将所述第二混合物放入极框形成区域；对所述第一混合物和所述第二混合物进行模压成型，并加热和加压，得到一体成型的极板；将所述成型的极板脱模，并加热至150
‑
240℃，保温24h以上进行干燥，得到热压石墨极板；其中，所述第二预设比例中的耐碱性树脂含量大于所述第一预设比例中的耐碱性树脂含量。
[0013]进一步地，所述将第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维进行搅拌，得到第一混合物，包括：将第一预设比例的石墨粉和耐碱性树脂在球磨机中进行搅拌，再加入导电剂和碳纤维进行搅拌，得到第一混合物。
[0014]进一步地，所述将第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂搅拌，得到第二混合物，包括：将第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂在球磨机中搅拌，得到第二混合物。
[0015]进一步地，所述对所述第一混合物和所述第二混合物进行模压成型，并加热和加压，得到一体成型的极板，包括：将所述第一混合物和第二混合物模压成型，并加热至150
‑
240℃，注入压力至9
‑
200MPa，并保压0.5
‑
5min。
[0016]进一步地，制备方法还包括：对得到的所述热压石墨极板进行表面处理；所述表面处理包括对所述热压石墨极板进行电镀，以使所述热压石墨极板的表面形成镀层。
[0017]进一步地，所述碳纤维包括碳纤维粉末和短切碳纤维。
[0018]进一步地，所述导电剂包括碳黑、石墨烯、碳纳米管、活性炭或足球烯。
[0019]进一步地，所述石墨粉的粒径为38μm
‑
150μm；和/或，所述碳纤维的长度为0.15mm
‑
2mm。
[0020]本专利技术的第三方面提供了一种碱性电解槽，包括所述的热压石墨极板。
[0021]本专利技术的第四方面提供了一种电解水制氢设备，包括所述的碱性电解槽。
[0022](三)有益效果
[0023]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0024]1、本专利技术实施例的技术方案，在加热和加压成型时，耐碱性树脂熔化后流动充分浸润石墨的缝隙形成主极板和极框的基体，同时也使得主极板和极框紧密结合从而实现一体成型；其中耐碱性树脂提高了热压石墨极板的气密性，且可以适应碱性电解槽的强碱环境，常见的氢燃料电堆极板不适用于碱性环境；主极板中添加一定量的导电剂和碳纤维，导电剂可选用碳黑，这样可提高主极板的电导率及电学性能；由于极框中耐碱性树脂含量大于主极板中的耐碱性树脂含量，因此相对于主极板，极框的树脂含量更多，使极框的强度和耐腐蚀性进一步增强，可有效提高电解槽的整体性能。
[0025]2、本专利技术实施例的技术方案，混合物料通过模压，在模压的同时进行加热和加压，在极短的时间就能成型，大大缩短了成型时间，提高了生产效率，有助于本产品工业化大规模生产，以满足碱性电解槽的使用要求。
[0026]3、本专利技术实施例的技术方案，通过将镍层或钛层形成于热压石墨极板的外周表面，这样进一步地可提高热压石墨极板的耐腐蚀性和气密性。将本专利技术实施例中的热压石墨极板应用于碱性电解槽中，从而可使制得的氢气气体纯度提高，并降低制氢能耗。
附图说明
[0027]图1是根据本专利技术一实施方式的一种热压石墨极板的制备方法的流程图；
[0028]图2是根据本专利技术另一实施方式的碱性电解槽小室结构示意图；
[0029]图3是根据本专利技术又一实施方式的热压石墨极板的结构示意图；
[0030]图4是图3的A
‑
A剖视图；
[0031]附图标记：
[0032]111
‑
极框；112
‑
主极板；113
‑
突起；114
‑
碱液进口；115
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热压石墨极板，其特征在于，用于碱性电解槽中，所述热压石墨极板包括主极板和极框，所述极框围绕所述主极板的周侧，且所述极框和所述主极板为一体成型结构；其中，所述主极板包括第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维；所述极框包括第二预设比例的石墨粉和耐碱性树脂；所述第二预设比例中的耐碱性树脂含量大于所述第一预设比例中的耐碱性树脂含量。2.根据权利要求1所述的热压石墨极板，其特征在于，所述主极板包括第一预设比例的以下组分：石墨粉75
‑
85wt％；耐碱性树脂15
‑
25wt％；导电剂3
‑
5wt％；碳纤维3
‑
7wt％。3.根据权利要求1所述的热压石墨极板，其特征在于，所述极框包括第二预设比例的以下组分：石墨粉40
‑
50wt％；耐碱性树脂50
‑
60wt％。4.根据权利要求1所述的热压石墨极板，其特征在于，所述耐碱性树脂包括环氧树脂、酚醛环氧树脂或乙烯基树脂。5.根据权利要求1所述的热压石墨极板，其特征在于，还包括镀层，所述镀层形成于所述热压石墨极板的外周表面；其中，所述镀层的材料包括镍或钛。6.一种热压石墨极板的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1
‑
5任一项所述的热压石墨极板，所述的热压石墨极板采用模具进行制备，所述模具包括主极板形成区域和极框形成区域，极框形成区域围绕主极板形成区域的周侧；所述制备方法包括：将第一预设比例的石墨粉、耐碱性树脂、导电剂和碳纤维进行搅拌，得到第一混合物；将第二预设比例的石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宏宇，王庆斌，李文岩，丛涛，
申请(专利权)人：北京吉拓创能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：