制氢用电解板及用于制造电解板的方法技术

本发明专利技术涉及一种电解板(1)，该电解板特别地用于水的电解，电解板包括矩形成型金属片材(2)，该成型金属片材具有两个长边(2a、2b)和两个窄边(2c、2b)并且具有外部的框架状连接区域(3)和位于所述连接区域内的成型区域(4)，该成型区域具有矩形的、非方形的基本形状并且形成活性区域；通过成型区域(4)的表面界定有流动通道，流动通道具有由成型区域(4)的非方形形状限定并且平行于长边(2a、2b)延伸的纵向方向(LR)；在成型区域(4)的纵向方向(LR)上不重叠地或不接触地、即间隔开地相继至少三次设置有成型金属片材(2)的压印图案(8)；每个压印图案(8)由彼此相邻定位的、在纵向方向(LR)上延伸并且描绘出锯齿形形状或波状形状的至少三个单独压印图案(8a、8b、8c)形成；相继的压印图案(8)通过具有中间轮廓(10)的条状中间部段(9)彼此分隔，每个条状中间部段(9)平行于窄边(2c、2d)延伸。2d)延伸。2d)延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制氢用电解板及用于制造电解板的方法


[0001]本专利技术涉及适用于在制氢系统中使用的电解板。本专利技术还涉及用于制造这种电解板的方法。

技术介绍

[0002]EP 1 587 760 B1公开了一种电解槽，该电解槽包括多个电解板。电解板固定至壳体内的凹槽装置。已知电解槽的壳体具有入口和出口，以允许流体流动穿过。多个盘状件以堆叠形式布置在壳体中。
[0003]DE 199 56 787A1中描述的电解板包括外部的非传导性框架和安装在其中的导电双极石墨板。提供塑料裙状部，以用于将电解质溶液强行导引到电解质供给区域中。
[0004]EP 3 725 916 A1公开了一种用于产生氢所用的装置的电解板，该电解板具有用于气体通过的开口，其中，开口的边缘覆盖有非导电材料。
[0005]从EP 3 575 442 A1中已知一种双极电容器，该双极电容器设置成用于生产氢。容器的阳极和/或阴极被设计为多孔电极。双极容器的膜是具有无机成分的多孔膜。根据EP 3 575 442 A1的装置据说适用于碱性电解。
[0006]从DE 10 2013 225 159 B4中已知一种电化学电池装置，该电化学电池装置例如设置成用于传导水或水性电解质，该电化学电池装置包括呈具有网状结构或由多孔材料形成的平坦结构形式的基本元件。若干基本元件以一个在另一个顶部的方式布置，其中，基本元件的边缘区域借助于填充复合物以流体密封的方式连接。
[0007]文件WO 2019/121947 A1和WO 2020/030644 A1中公开了用于电化学系统的其他构型选项。电化学系统各自包括多个隔板。
[0008]本专利技术基于下述目的：进一步开发与上述现有技术相比适用于制氢的电解板、特别地关于制造和流体方面。

技术实现思路

[0009]根据本专利技术，该目的通过具有权利要求1的特征的电解板来实现，该电解板适用于在水的电解中使用。该目的还通过根据权利要求9的用于制造这种电解板的方法来实现。下面结合制造方法所解释的本专利技术的实施方式和优点经过必要的修改也适用于装置、即电解板，并且反之亦然。
[0010]“电解板”应理解为意指用作电解槽的阳极或阴极的电极或电极板。
[0011]电解板包括具有两个长边和两个窄边的矩形的成型金属片材，该成型金属片材具有外部的框架状连接区域和位于该框架状连接区域中的具有矩形的、非方形的基本形状的成型区域，该成型区域形成活性区域。特别地，电解板可以仅由成型金属片材形成。成型区域的表面在完全组装的电解装置内界定了流动通道，流动通道的纵向方向LR由成型区域的非方形、矩形形状给出并且平行于长边延伸，其中，在成型区域的纵向方向LR上不重叠地或不接触地、即在保持距离的同时相继至少三次设置有成型金属片材的压印图案。相应的压
印图案由彼此相邻定位的、沿纵向方向LR延伸并且描绘锯齿形形状或波状形状的至少三个单独压印图案形成，其中，相继的压印图案通过具有中间轮廓的条状中间部段彼此分隔，并且其中，每个条状中间部段平行于窄边延伸。
[0012]矩形成型金属片材的长度H2与矩形成型金属片材的宽度B2特别地以如下方式相关：H2>1.33B2[0013]在对压印图案和中间轮廓进行冲压之前，平坦的成型金属片材的厚度优选地为0.5mm至1mm。
[0014]在活性区域(＝成型区域)的区域、即板的其中发生化学反应的区域中，电解板将沿纵向方向LR流过的介质均匀地分布在现有的、彼此间隔开的压印图案中。虽然在压印图案的流入区域中仍然存在均匀的介质分布，但是在进行电解时，由于化学反应，在介质、在此为水经过压印图案的主要层流期间产生了气态介质、在此为氢气或氧气。因此，流体混合物在压印图案的流出区域中具有不均匀性，不均匀性本身可以表现为不均匀的水气分布、不均匀的温度分布、不均匀的压力分布等。邻接压印图案的条状中间部段用于使流动介质或液态和气态组分的流体混合物混合和均质化。这是通过使用中间轮廓产生湍流和涡流来实现的。因此，沿纵向方向LR观察，在邻接的压印图案的流入区域中再次存在均质化的或很大程度上均质化的介质或流体混合物。这显著提高了电解过程的效率。
[0015]中间部段在纵向方向LR上的长度H9与压印图案在纵向方向LR上的长度H8的优选比率因此在H9/H8＝1/30至1/50的范围内。因此，压印图案被设计成在纵向方向LR上明显长于中间部段，这用于使沿其流动的介质均质化。
[0016]呈彼此间隔开的重复压印图案的形式的电解板的轮廓也称为成组的轮廓。成组的优点对于大格式盘状件特别地起作用。适用于电解、特别是水的电解的根据本专利技术的电解板的制造可以以下述步骤进行：
[0017]‑
提供具有矩形形状的成型金属片材，其中，成型金属片材的外部的框架状区域根据其在制成的电解槽中的功能被限定为连接区域，
[0018]‑
在成型金属片材的由连接区域封围的成型区域中制造彼此间隔开的至少三个类似的压印图案以及条状中间部段。
[0019]成组的压印图案特别适用于以连续方法成型。例如，这是一种辊压方法。替代性地，使用压力机单独制造电解板。用于形成压印图案的连续和不连续的生产技术的组合也是可能的。
[0020]在任何情况下，成组的压印图案允许制造努力保持在与电解板的尺寸和复杂性有关的适度范围内。就压印图案的几何形状而言，存在进一步的设计范围，其中，在个别情况下给出的流动条件以及在包括多个电解板的堆叠件中可用的空间代表重要的边界条件。特别地，压印图案可以以彼此间隔开的单独的锯齿形或波状形状的压印图案的形式存在、即连接的线性凸起和/或凹陷。在电解板的表面上流动的介质的聚集状态也起作用。按照根据本专利技术的实施方式，压印图案因此描绘了锯齿形或波状的基本图案，其中，总体上描绘出锯齿形形状或波状形状的锯齿状或波状线条或压印元件的布置在成型区域的纵向方向LR上延伸。
[0021]成型金属片材的压印图案优选地在成型区域的纵向方向LR上相继地设置至少四次。
[0022]按照根据本专利技术的构思，条状中间轮廓存在于其中形成有压印图案的成型区域的部段之间。特别地，可以通过中间轮廓形成一种旁路。与中间轮廓的几何设计无关，中间轮廓可以在成型区域的纵向方向上与两个相邻的压印图案重叠，这在介质从一个压印图案到下一个压印图案的有针对性的传导方面是有利的。
[0023]中间轮廓优选地设计为圆形、椭圆形、矩形或三角形的离散的凸起，或者由这样的相同或不同的离散的凸起的组合或组形成。原则上，只要层流被打断并且流出压印图案的流体混合物是涡旋的，则其他形状的中间轮廓比如星形形状、扭曲或不规则形状的离散的凸起也是可能的。因此，可以在条状中间部段内设置有不同的离散的凸起。此外，可以在条状中间部段中布置一排或更多排相同或不同的中间轮廓。
[0024]在另一优选实施方式中，中间轮廓在成型区域的纵向方向LR上与两个相邻的压印图案中的至少一个压印图案重叠。重叠区域优选地小于条状中间部段在纵向方向LR上的长度H9的20％。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电解板(1)，所述电解板包括矩形的成型金属片材(2)，所述成型金属片材具有两个长边(2a、2b)和两个窄边(2c、2b)，所述成型金属片材具有外部的框架状连接区域(3)和位于所述连接区域中的具有矩形的、非方形的基本形状的成型区域(4)，所述成型区域形成活性区域，通过所述成型区域(4)的表面界定有流动通道，所述流动通道的纵向方向(LR)由所述成型区域(4)的非方形形状给出并且平行于所述长边(2a、2b)延伸，并且在所述成型区域(4)的所述纵向方向(LR)上不重叠地或不接触地、即间隔开地相继至少三次设置有所述成型金属片材(2)的压印图案(8)，相应的所述压印图案(8)由彼此相邻定位的、在所述纵向方向(LR)上延伸并且描绘出锯齿形形状或波状形状的至少三个单独压印图案(8a、8b、8c)形成，并且其中，相继的压印图案(8)通过具有中间轮廓(10)的条状中间部段(9)彼此分隔，每个条状中间部段(9)布置成平行于所述窄边(2c、2d)延伸。2.根据权利要求1所述的电解板，其特征在于，所述成型金属片材(2)的所述压印图案(8)在所述成型区域(4)的所述纵向方向(LR)上相继地设置至少四次。3.根据权利要求1或2所述的电解板，其特征在于，所述中间轮廓(10)设计为离散的凸起，所述离散的凸起是圆形、椭圆形、矩形或三角形的，或者由这样的相同或不同的凸起的组合或组形成。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电解板，其特征在于，所述中间轮廓(10)在所述成型区域(4)的所述纵向方向(LR)上与两...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷蒙，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：