用于从水中生产氢气和氧气的水电解堆制造技术

水电解堆

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从水中生产氢气和氧气的水电解堆


[0001]本专利技术涉及一种用于从水中生产氢气和氧气的水电解堆，其由多个布置成电池组
(Zellstapel)
的
PEM
型电解池组成
。

技术介绍

[0002]此类电解堆为现有技术，且越来越多地用于利用可再生电力生产
"
绿色氢气
"。
此类堆通常作为电池组机械地夹紧在两个端板之间，并在堆侧附近具有穿过该堆的通道，该通道向
PEM
电解池
(PEM
‑
Elektrolysezellen)
提供反应物水和冷却水，并用于一方面排出产品气体氧气和冷却水，另一方面排出产品气体氢气
。
虽然在电池组内排出氢气相对不成问题，但是供水方面一方面要借此将水作为反应物足量供应到电解池，另一方面要将水作为冷却水供应和排出，则技术要求比较高
。
[0003]在电解池中提供多孔传输层是现有技术，该多孔传输层由钛膨胀金属
、
钛毡或烧结钛粉组成
。
为能够从该传输层供应或排出处理介质，需要传输通道，这些传输通道须设在传输层背面，以确保在高功率密度下为电池提供足够供应
。
为此现有技术包括使用具有压印通道的双极板，通过该双极板，供至穿过电池组侧通道的水可被足量引到
PEM
并可再次从其中排出
。
替选地，这些通道系通过在传输层和平面双极板之间插入膨胀金属来形成
。<br/>该两种变型形式均有缺点
。
如这些通道被压印到双极板中，则这些通道向传输层敞开且须该传输层进行桥接
。
对于在低操作压力下操作的电解槽来说，这通常不成问题，但随着操作压力增加，须插入支撑部件，例如穿孔板，以避免多孔传输层被压入通道中
。
此类支撑部件增加建筑体积和成本
。
[0004]在此方面，在传输层和平面双极板之间插入膨胀金属的变型形式更为有利
。
然而，由于膨胀金属的结构，出现横向位于流动方向内的金属部分，并在流动过程中形成额外障碍
。
如膨胀金属在堆内受到强力挤压，则问题就更大了
。
在此种情况下，通常需要多层支撑，这增加了单个电解池厚度，从而增加了电池组厚度，也导致制造成本增加
。

技术实现思路

[0005]在此背景下，本专利技术的任务是简化和改进上述类型的水电解堆的结构，尤其用于避免上述问题
。
[0006]该任务通过具有权利要求1中的特征的水电解堆来解决
。
本专利技术的有利实施例在从属权利要求
、
以下说明书和附图中均有陈述
。
[0007]根据本专利技术的用于从水中产生氢气和氧气的水电解堆具有多个布置成电池组的质子交换膜型
(PolymerElektrolytMembran
‑
Bauart)
电解池
。
存在至少一条穿过电池组用于向电解池供应水的第一通道和至少一条穿过电池组用于排出多余的水
/
冷却水并用于排出氧气的第二通道
。
此外，存在至少一条穿过电池组用于排出氢气的第三通道
。
电解池具有由至少一种烧结部件形成的双极板
。
该烧结部件由平面金属板构成，在该金属板上布置有第一金属框，该第一金属框在其中央凹槽中具有通道形成件，该通道形成件集成到该第一
金属框中
。
第二金属框布置在第一金属框上并具有集成到该第二金属框中心凹槽的多孔传输层
。
通道形成件故如此布置，使得其将穿过电池组的通道中的第一通道与第二通道实现线路连接
。
[0008]水电解堆的基本结构通常具有穿过电池组用于供水的第一通道和通常相反布置的
、
也穿过电池组且旨在排出过量的水
/
冷却水的第二通道，并通过该第二通道排出电化学反应过程中产生的氧气
。
穿过电池组的第三通道同样可由布置在水电解堆剩余侧附近的两个相对置通道成对形成，但也可由单个通道或相邻通道形成
。
该第三通道用于去除电化学反应过程中产生的氢气
。
[0009]根据本专利技术的水电解堆的双极板由至少一种烧结部件形成，双极板有利地仅由一种烧结部件形成，该烧结部件优选由钛或钛合金制成
。
因此双极板的结构极其节省材料且有效，且整体高度也相对较低
。
[0010]布置在平面金属板和具有集成多孔传输层的另个框之间的金属框中的通道形成件旨在用于电解池氧侧的供应和处置
。
通过具有将堆中第一和第二通道彼此连接的多个通道的通道形成件，可确保向膜高效供应反应物
/
冷却水以及高效从膜排出冷却水和排出氧气
。
因为双极板的通道形成件被集成到框中，因此即使当水电解堆在例如
80
巴的高操作压力下操作时，通道形成件也仅需承受相对较低的压力
。
特别是，通道形成件不像承压部件一样受压力设备指令的约束，例如，双极板的波形压印作为整体即属于这种情况
。
基于此，小厚度材料可被用于通道形成件
。
如此导致较大的自由流动横截面，其对于水流通过堆特别有利
。
虽然在氢侧也须确保适当的氢气排出，但由于彼处形成的压力和气态氢，这要简单得多，只需较小的流动横截面
。
[0011]根据本专利技术的烧结部件由平面金属板
、
布置在该平面金属板上的第一金属框和集成在第一金属框中的通道形成件以及布置在第一金属框上的第二金属框和集成在第二金属框中的多孔传输层构成
。
该结构不应一概而论的理解，而是代表了根据本专利技术的该烧结部件的至少现有部件
。
各个部件通常全部由钛制成，其被制造和组装成实心或例如通过
MIM
注射成型
(Spritzguss)
为生坯或熟坯，然后例如在陶瓷板之间烧结以形成一件式烧结部件，从而形成双极板
。
[0012]根据本专利技术，设置在双极板氧侧上的通道形成件可由通常为波纹板的成形板构成，或者由通道穿过的多孔传输层形成
。
由于成形板本质上具有导流功能，因此可在通道中实现大的流动横截面
。
横截面不必是正弦波，而是优选可形成矩形波或圆角矩形波，其对流动性甚为有利
。
该通道形成件的波纹板有利地在氧侧如此设计，使得波间距小于2毫米，优选小于
1.5
毫米，且在特别优选的实施例中小于
1.0
毫米
。
因此可实现相对窄
、
高的通道，这甚为有利
。
[0013]如通道形成件被设计为多孔传输层，则既可以如此方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
用于从水中生产氢气和氧气的水电解堆
(0)
，其具有布置成电池组
(1)
的多个
PEM
型电解池
(2)
，具有至少一个用于供水且穿过所述电池组
(1)
的第一通道
(6)
，具有至少一个用于排出氧气和水且穿过所述电池组
(1)
的第二通道
(7)
，并具有至少一个用于排出氢气的穿过所述电池组
(1)
的第三通道
(8)
，其中所述电解池
(2)
具有双极板
(19)
，该双极板由至少一个烧结部件
(19)
形成，该烧结部件由平面金属板
(20)
构成，该平面金属板上布置有第一金属框
(23)
，该第一金属框上设有集成于其中的通道形成件
(25
，
39
，
42)
，所述第一金属框架
(23)
上布置有第二金属框架
(30)
，该第二金属框中设有多孔传输层
(32
，
39
，
42)
，其中，所述通道形成件
(25
，
39
，
42)
的通道将穿过所述电池组
(1)
的通道
(6
，7，
8)
中的所述第一通道与所述第二通道
(6
，
7)
实现线路连接
。2.
根据权利要求1所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件由波纹板
(25)
形成
。3.
根据权利要求2所述的水电解堆，其特征在于，所述波纹片
(25)
的波间距小于2毫米，优选小于
1.5
毫米，特别优选小于
1.0
毫米
。4.
根据权利要求1所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件为通道
(40
，
41)
穿过的多孔传输层
(39
，
42)。5.
根据前述权利要求中任一项所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件
(25
，
40)
的通道被设计成在一侧敞开且由所述平面金属板
(20)
封闭
。6.
根据权利要求4所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件
(42)
的所述通道
(41)
被设计为所述多孔传输层
(42)
内的封闭通道
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件
(25
，
39
，
42)
的通道以直线和
/
或波纹形延伸，优选彼此平行
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的水电解堆，其特征在于，所述通道形成件
(25
，
39
，
42)
的通道被设计为无障碍
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的水电解堆，其特征在于，所述平面金属板
(20)
具有通向通道
(28)
的凹槽
(29)
，这些凹槽形成在所述第一金属框
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：赫勒电解公司，
类型：发明
国别省市：