【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电化学电池领域，尤其涉及一种电解单元以及包括该电解单元的电解堆。
技术介绍
1、随着新能源技术的发展，氢能作为集中式可再生能源载体，因具有零污染、高能量、来源广泛等特点而受到越来越多的关注。目前的制氢方式有很多种，其中利用电解堆制氢成为目前制氢领域的一个研究热点。
2、电解堆通常包括叠置在一起的多个电解单元、用于将多个电解单元固定在一起的端板以及用于向多个电解单元供水(或碱性溶液)、供冷却剂、供电的管路和线路等。每个电解单元通常包括依次叠置的阳极板、阳极多孔传输层、阳极气体扩散电极、阳极催化剂层、交换膜(例如质子交换膜pem或阴离子交换膜aem)、阴极催化剂层、阴极气体扩散电极、阴极多孔传输层和阴极板(阳极板和阴极板可被形成为双极板或单极板)。在制造过程中，电解单元的这种叠置非常耗时且容易出现组装失误，例如，错位、变形、应力过大等，因此导致生产效率低下，且容易出现质量问题。
3、另外，电解单元的各部件具有不同的特性。例如，阳极板、阳极多孔传输层、阴极板和阴极多孔传输层通常较紧固和刚性，因此不容易损坏，因此可以在电解单元的使用寿命期间(例如高达120千小时)一直发挥作用，而阳极气体扩散电极、阳极催化剂层、交换膜、阴极催化剂层、阴极气体扩散电极通常较脆弱和柔性，因此容易损坏或失效，需要更换和维修。然而，通过上述制造过程生产的电解单元和电解堆难以拆解和再次组装，且在维护过程中可能导致电解单元直接失效或需要较高的维护成本。
4、因此，需要对现有的电解堆及其电解单元进行改进，以便于组装和维护。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提出一种改进的电解单元及包括该电解单元的电解堆，以克服上述的至少一个技术问题。
2、为此，根据本申请的一方面，提供一种电解单元，包括：极板，其具有彼此相反的第一侧和第二侧，所述第一侧为阳极侧，所述第二侧为阴极侧；分别设置在所述第一侧和所述第二侧的阳极多孔传输层和阴极多孔传输层；交换膜；分别设置于所述交换膜的两侧的阳极催化剂层和阴极催化剂层；位于所述阳极催化剂层上的阳极气体扩散电极；和位于所述阴极催化剂层上的阴极气体扩散电极；其中，所述阴极多孔传输层、所述极板和所述阳极多孔传输层被形成为一体式的机械部分，且所述阳极气体扩散电极、所述阳极催化剂层、所述交换膜、所述阴极催化剂层和所述阴极气体扩散电极被形成为一体式的电化学部分。
3、根据本申请的一实施例，所述机械部分通过围绕所述阴极多孔传输层、所述极板和所述阳极多孔传输层中的每一个的周边形成的橡胶件保持为一体。
4、根据本申请的一实施例，所述电化学部分通过围绕所述阳极气体扩散电极、所述阳极催化剂层、所述交换膜、所述阴极催化剂层和所述阴极气体扩散电极中的每一个的周边形成的密封垫保持为一体。
5、根据本申请的一实施例，所述橡胶件是由三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶中的任一种在所述周边处通过注塑形成的。
6、根据本申请的一实施例，所述机械部分和所述电化学部分被配置成能够彼此相邻，使得所述机械部分的所述阳极多孔传输层与所述电化学部分的所述阳极气体扩散电极接触，或者使得所述机械部分的所述阴极多孔传输层与所述电化学部分的所述阴极气体扩散电极接触。
7、根据本申请的一实施例，所述极板被设置成双极板，所述双极板包括被设置成彼此相邻的阳极板和阴极板，所述阳极板和所述阴极板之间形成冷却剂通道。
8、根据本申请的一实施例，所述密封垫包括分别设置在所述交换膜的两侧的第一子密封垫和第二子密封垫，且所述第一子密封垫和所述第二子密封垫彼此接触或形成为一体。
9、根据本申请的一实施例，所述交换膜为质子交换膜或阴离子交换膜。
10、根据本申请的另一方面，提供了一种电解堆，包括：相邻地布置的多个根据权利要求至中的任一项所述的电解单元；第一端板和第二端板，所述第一端板和所述第二端板被配置成将多个所述电解单元夹持固定在一起，使得相邻地布置的两个电解单元中的一个的机械部分与所述两个电解单元中的另一个的电化学部分接触。
11、根据本申请的一实施例，所述第一端板设有用于分别将水或碱性溶液供应到所述电解单元的阴极侧和阳极侧的入口(、)、用于将冷却剂供应到所述电解单元的冷却剂通道的冷却剂入口、用于排出在所述电解单元的阴极侧生成的氢气的氢气出口、用于排出在所述电解单元的阳极侧生成的氧气的氧气出口以及用于排出冷却剂的冷却剂出口中的一个或多个。
12、根据本申请的技术方案，电解单元的机械部分和电化学部分各自形成一体式部件，便于电解单元的组装和拆卸，尤其是便于电化学部分的更换，从而可以提高电解单元和电解堆的制造性、维护性、可靠性和成本效益
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1.一种电解单元(50)，包括：
2.根据权利要求1所述的电解单元(50)，其特征在于，所述机械部分(10)通过围绕所述阴极多孔传输层(14)、所述极板和所述阳极多孔传输层(13)中的每一个的周边形成的橡胶件(15)保持为一体。
3.根据权利要求1或2所述的电解单元(50)，其特征在于，所述电化学部分(20)通过围绕所述阳极气体扩散电极(24)、所述阳极催化剂层(22)、所述交换膜(21)、所述阴极催化剂层(23)和所述阴极气体扩散电极(25)中的每一个的周边形成的密封垫(26)保持为一体。
4.根据权利要求2所述的电解单元(50)，其特征在于，所述橡胶件(15)是由三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶中的任一种在所述周边处通过注塑形成的。
5.根据权利要求3所述的电解单元(50)，其特征在于，所述机械部分(10)和所述电化学部分(20)被配置成能够彼此相邻，使得所述机械部分(10)的所述阳极多孔传输层(13)与所述电化学部分(20)的所述阳极气体扩散电极(24)接触，或者使得所述机械部分(10)的所述阴极多孔传输层(14)与所述
6.根据权利要求1所述的电解单元(50)，其特征在于，所述极板被设置成双极板，所述双极板包括被设置成彼此相邻的阳极板(11)和阴极板(12)，所述阳极板(11)和所述阴极板(12)之间形成冷却剂通道(16)。
7.根据权利要求3所述的电解单元(50)，其特征在于，所述密封垫(26)包括分别设置在所述交换膜(21)的两侧的第一子密封垫(27)和第二子密封垫(28)，且所述第一子密封垫(27)和所述第二子密封垫(28)彼此接触或形成为一体。
8.根据权利要求1所述的电解单元(50)，其特征在于，所述交换膜为质子交换膜或阴离子交换膜。
9.一种电解堆(100)，其特征在于，所述电解堆(100)包括：
10.根据权利要求9所述的电解堆(100)，其特征在于，所述第一端板(30)设有用于分别将水或碱性溶液供应到所述电解单元(50)的阴极侧和阳极侧的入口(31、33)、用于将冷却剂供应到所述电解单元(50)的冷却剂通道(16)的冷却剂入口(35)、用于排出在所述电解单元(50)的阴极侧生成的氢气的氢气出口(32)、用于排出在所述电解单元(50)的阳极侧生成的氧气的氧气出口(34)以及用于排出冷却剂的冷却剂出口(36)中的一个或多个。
...【技术特征摘要】
1.一种电解单元(50)，包括：
2.根据权利要求1所述的电解单元(50)，其特征在于，所述机械部分(10)通过围绕所述阴极多孔传输层(14)、所述极板和所述阳极多孔传输层(13)中的每一个的周边形成的橡胶件(15)保持为一体。
3.根据权利要求1或2所述的电解单元(50)，其特征在于，所述电化学部分(20)通过围绕所述阳极气体扩散电极(24)、所述阳极催化剂层(22)、所述交换膜(21)、所述阴极催化剂层(23)和所述阴极气体扩散电极(25)中的每一个的周边形成的密封垫(26)保持为一体。
4.根据权利要求2所述的电解单元(50)，其特征在于，所述橡胶件(15)是由三元乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶中的任一种在所述周边处通过注塑形成的。
5.根据权利要求3所述的电解单元(50)，其特征在于，所述机械部分(10)和所述电化学部分(20)被配置成能够彼此相邻，使得所述机械部分(10)的所述阳极多孔传输层(13)与所述电化学部分(20)的所述阳极气体扩散电极(24)接触，或者使得所述机械部分(10)的所述阴极多孔传输层(14)与所述电化学部分(20)的所述阴极气体扩散电极(25)接触。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝小罡，谢旭，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：新型
国别省市：
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