一种PEM电解槽密封结构制造技术

本发明专利技术提出了一种PEM电解槽密封结构，包括膜电极；分别设置在膜电极两侧的阳极构件和阴极构件；至少一个密封框架，其形成为中空结构，将阳极构件、膜电极和阴极构件限定在中空结构内；阴极构件包括与膜电极贴合设置的碳毡；密封框架包括位于阴极侧的阴极框架，阴极框架包括本体，及与膜电极相邻向内延伸的第一唇边部；碳毡置于第一唇边部与膜电极形成的凹槽内。本申请的PEM电解槽密封结构在保证电解槽的侧壁不漏气的同时，避免碳毡被过度压缩导致碎裂，影响其使用性能和寿命，从而提高氢气的传质能力，提升电解槽的性能和使用寿命，而且加工难度小，能够降低PEM电解槽密封结构的加工成本。加工成本。加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种PEM电解槽密封结构


[0001]本专利技术涉及电解制氢
，具体涉及一种PEM电解槽密封结构。

技术介绍

[0002]氢能以其清洁、无污染、高效、可储存和方便运输等优点被视为最理想的能源载体和储能方式，PEM电解槽制氢是常用的制氢方式。PEM电解槽利用质子交换膜高压电解水制氢，反应后分别在电解槽的阴极和阳极产生氢气和氧气，产生的氢气通过处理后在储气罐进行存储，从而制得清洁的氢气。制氢系统通常包括以堆叠体的形式布置的多个单槽体，每个单槽体包括阴极组件、膜电极和阳极组件。阳极组件或阴极组件通常有多层结构组成，如阳极组件通常包括钛网、钛毡等，阴极组件通常也包括毡层和板层组成，如碳毡和不锈钢板层等，并由框架和隔板包围以形成反应室，将流体密封于其内。
[0003]中国专利申请CN115287687A公开了一种电解槽密封结构，通过上下两个第一密封框架和第二密封框架的贴合加密封材料实现阳极组件、膜电极和阴极组件装配，提高电解槽的密封效果，避免电解槽的侧壁出现漏气的情形。但是，装配时各层结构承受压力，难免出现压缩，而碳毡材料脆性较大，受压时候容易压缩变形，如果在压缩的过程中超过了一定的压缩限度，容易产生不可逆转的机械损伤，影响阴极侧氢气的传质，进而影响电解槽的性能和使用寿命。
[0004]另一中国专利申请CN115786951A公开了一种高压电解水制氢装置，包括电解槽电堆和高压夹紧结构，电解槽电堆包括多个依次交替层叠设置的极板和膜电极，膜电极的两侧分别设置有钛毡和碳纸，极板靠近碳纸侧设置有碳纸压槽，高压夹紧结构将电解槽电堆夹紧，碳纸被压入碳纸压槽内，在夹紧安装时，避免了碳纸的过度压缩，提升了水电解槽的使用寿命。但该方案是在极板侧设置碳纸压槽，极板通常由钛材料制备，加工困难，成本较高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种PEM电解槽密封结构，在保证电解槽的侧壁不漏气的同时，避免碳毡被过度压缩导致碎裂，影响其使用性能和寿命，从而提高氢气的传质能力，提升电解槽的性能和使用寿命，而且加工难度小，能够降低PEM电解槽密封结构的加工成本。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种PEM电解槽密封结构，包括：
[0008]膜电极；
[0009]分别设置在膜电极两侧的阳极构件和阴极构件；
[0010]至少一个密封框架，其形成为中空结构，将阳极构件、膜电极和阴极构件限定在中空结构内；
[0011]阴极构件包括与膜电极贴合设置的碳毡；
[0012]密封框架包括位于阴极侧的阴极框架，阴极框架包括本体，及与膜电极相邻向内延伸的第一唇边部；
[0013]碳毡置于第一唇边部与膜电极形成的凹槽内。
[0014]优选的，阴极构件还包括不锈钢毡和不锈钢网，其中不锈钢毡的两侧分别与碳毡和不锈钢网贴合设置。
[0015]优选的，碳毡的压缩比
ɑ
为70～75％。
[0016]优选的，第一唇边部的高度H与碳毡的厚度D满足如下关系：
[0017]优选的，碳毡的孔隙率为60～70％。
[0018]优选的，阳极构件包括与依次贴合设置的钛毡和钛网，其中钛毡与膜电极贴合设置；
[0019]钛毡的边缘具有压边部，钛网围绕边缘延伸形成凸出部；
[0020]密封框架包括位于阳极侧的阳极框架，阳极框架包括本体，及与膜电极相邻向内延伸的第二唇边部；
[0021]钛毡的压边部贴合设置在钛网的凸出部和阳极框架的第二唇边部之间，钛毡除压边部以外的部分贴合设置在钛网的中部和膜电极之间。
[0022]优选的，不锈钢毡的透气度>1100L/(min
·
dm2)，平均过滤精度为50～70μm，孔隙率为70～80％。
[0023]优选的，不锈钢网的孔隙率为60～70％。
[0024]优选的，密封框架包括与膜电极贴合设置的密封部件。
[0025]优选的，阴极构件和阳极构件的外侧贴合设置有密封部件。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]1、由于碳毡设置在阴极框架的第一唇边部与膜电极形成的凹槽内，限定了碳毡压缩后的高度，确保碳毡不被过度压缩后导致碎裂，影响其使用性能和寿命，从而提高氢气的传质能力，提升电解槽的性能和使用寿命；
[0028]2、第一唇边部形成在阴极框架上，加工难度更小，能够降低PEM电解槽密封结构的加工成本。
附图说明
[0029]图1为本专利技术PEM电解槽密封结构的主视图；
[0030]图2为本专利技术PEM电解槽密封结构的剖视图。
[0031]附图标识：
[0032]1‑
钛网；101
‑
凸出部；2
‑
钛毡；201
‑
压边部；3
‑
阴极框架；301
‑
第一唇边部；4
‑
膜电极；5
‑
阳极框架；501
‑
第二唇边部；6
‑
碳毡；7
‑
不锈钢毡；8
‑
不锈钢网；9
‑
第一密封部件；10
‑
第二密封部件；11
‑
第三密封部件；12
‑
第四密封部件。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]参见图1和图2，一种PEM电解槽密封结构，包括：
[0035]膜电极4，膜电极4为质子交换膜，氢离子(质子)可穿过质子交换膜；
[0036]分别设置在膜电极4两侧的阳极构件和阴极构件，水在电解槽的阳极侧反应形成氧气、电子和氢离子，氧气和部分纯净水回流至储水部件，同时质子和水穿过质子交换膜迁移到阴极侧，氢离子在阴极处形成氢气；
[0037]阴极构件包括与膜电极4贴合设置的碳毡6；
[0038]至少一个密封框架，其形成为中空结构，将阳极构件、膜电极4和阴极构件限定在中空结构内，密封框架可设置为方形或圆形结构，密封框架与膜电极4进行层叠设置时无缝隙，确保多个单槽体之间的间距一致性及平整度一致，使得电解槽在电解过程中，避免电解槽的侧壁出现渗漏的情形；
[0039]密封框架包括位于阴极侧的阴极框架3，阴极框架3包括本体，及与膜电极4相邻向内延伸的第一唇边部301；
[0040]碳毡6置于第一唇边部301与膜电极4形成的凹槽内。
[0041]需要说明的是，水电解槽由于在阳极发生反应产生H+，阳极的pH值为强酸性，采取传统的碳纸当作扩散层容易对碳纸产生腐蚀作用，因此PEM水电解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM电解槽密封结构，包括：膜电极(4)；分别设置在所述膜电极(4)两侧的阳极构件和阴极构件；至少一个密封框架，其形成为中空结构，将所述阳极构件、所述膜电极(4)和阴极构件限定在所述中空结构内；所述阴极构件包括与所述膜电极(4)贴合设置的碳毡(6)；其特征在于，所述密封框架包括位于阴极侧的阴极框架(3)，所述阴极框架(3)包括本体，及与所述膜电极(4)相邻向内延伸的第一唇边部(301)；所述碳毡(6)置于所述第一唇边部(301)与所述膜电极(4)形成的凹槽内。2.根据权利要求1所述的PEM电解槽密封结构，其特征在于，所述阴极构件还包括不锈钢毡(7)和不锈钢网(8)，其中所述不锈钢毡(7)的两侧分别与所述碳毡(6)和不锈钢网(8)贴合设置。3.根据权利要求1所述的PEM电解槽密封结构，其特征在于，所述碳毡(6)的压缩比
ɑ
为70～75％。4.根据权利要求3所述的PEM电解槽密封结构，其特征在于，所述第一唇边部(301)的高度H与所述碳毡的厚度D满足如下关系：5.根据权利要求1所述的PEM电解槽密封结构，其特征在于，所述碳毡(6)的孔隙率为60～70％。6.根据权利要求1～5任一项所述的PEM电解槽密封结构，其特征在于，所述阳极构件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：何先成，肖平，余瑞兴，汪平山，黄柄胜，
申请(专利权)人：广东卡沃罗氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：