一种高差压PEM电解槽用阴阳极一体电极框的制作方法

本发明属于，具体是一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框。

背景技术：

1、氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，对减少二氧化碳等温室气体排放、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。质子交换膜(pem)水电解技术是国际上最先进的水电解制氢技术。利用该技术可将现今大量的弃风、弃光、弃水、弃核电能转换为能量密度高的氢气进行存储，大大提高可再生能源和电网综合利用效率。

2、pem水电解槽是pem水电解技术的核心设备，目前pem水电解槽不能产生高差压氢气的主要是受密封形式制约，现有的pem水电解槽通常采用聚四氟乙烯或三元乙丙橡胶制成平板密封垫，通过螺栓预紧力将结构压紧实现密封。受到橡胶密封件允许压缩量的限制，这种水电解槽结构能够制取的氢气最大压力一般不超过3.5mpa。

3、在现有技术中，pem电解槽阴阳极通常采用两个大小相同的电极框、相对设置而成，但是由于阴阳极电极框框外形极为相似，在装配过程中易存在错装等风险，从而导致电解槽失效。

4、因此，本发明提供了一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

2、根据本发明的一个方面，提供一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，包括电极框本体，所述电极框本体的一端交错开设有第一过氢通孔和进水通孔，其另一端交错开设有过水过氧通孔和第二过氢通孔；所述电极框本体中部开通、在阳极侧和阴极侧形成电极腔；所述电极框本体包括阳极侧和阴极侧，阳极侧设有进水导流槽和出水出氧导流槽，阴极侧设有出氢导流槽；所述进水导流槽与进水通孔连通，出水出氧导流槽与过水过氧通孔连通，出氢导流槽与第一过氢通孔以及第二过氢通孔连通。

3、作为本发明进一步的技术方案，所述第一过氢通孔和过水过氧通孔相对设置，所述进水通孔和第二过氢通孔相对设置。

4、作为本发明进一步的技术方案，所述进水通孔和第二过氢通孔中间设有加强筋。

5、作为本发明进一步的技术方案，所述进水导流槽、出水出氧导流槽和出氢导流槽均包括多个呈扇形分布的弧形槽口。

6、作为本发明进一步的技术方案，所述阳极侧的电极腔大于阴极侧的电极腔。

7、作为本发明进一步的技术方案，所述出氢导流槽的长度大于进水导流槽和出水出氧导流槽的长度。

8、作为本发明进一步的技术方案，所述阳极侧设有退刀槽，其与电极腔之间形成台阶面。

9、作为本发明进一步的技术方案，所述阳极侧的外框边缘设有放置密封条的第一环形凹槽，所述第一过氢通孔和第二过氢通孔的边缘设有放置密封条的第二环形凹槽，所述阳极侧的内框边缘设有放置密封条的第三环形凹槽，所述进水通孔、进水导流槽、出水出氧导流槽、过水过氧通孔均位于第三环形凹槽与电极腔形成的范围内。

10、作为本发明进一步的技术方案，所述阴极侧的外框边缘设有放置密封条的第四环形凹槽，所述进水通孔和过氧过水通孔的边缘设有放置密封条的第五环形凹槽，所述电极框的阴极侧的内框边缘设有放置密封条的第六环形凹槽，所述第一过氢口、第二过氢口、出氢导流槽位于第六环形凹槽与电极腔形成的范围内。

11、作为本发明进一步的技术方案，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽、第四环形凹槽、第五环形凹槽和第六环形凹槽的拐角处均设计成弧形结构，所述第一环形凹槽和第四环形凹槽于电极框的投影完全重合。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1、阴阳极一体电极框代替了现有技术中的阴极电极框、阳极电极框和两者之间的密封件，一方面，有效降低了密封材料的使用量，降低了密封风险，提高了电解槽安全运行的可靠性；另一方面，减少了装配步骤，提高了装配效率。

14、2、阴阳极一体电极框设计阳极侧的电极腔大于阴极侧电极腔，在制取高差压氢气时，阳极侧电极腔内的气体扩散层可以为质子交换膜提供支撑，使电解槽具有压差工作的能力，避免质子膜受力不均匀、导致出现剪切或者机械损伤等问题发生。

15、3、阴阳极一体电极框增加了防呆设计，减少了电解槽错装的风险。

技术特征：

1.一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，包括电极框本体，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述第一过氢通孔(11)和过水过氧通孔(22)相对设置，所述进水通孔(21)和第二过氢通孔(12)相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述进水通孔(21)和第二过氢通孔(12)中间设有加强筋。

4.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述进水导流槽(23)、出水出氧导流槽(24)和出氢导流槽(13)均包括多个呈扇形分布的弧形槽口。

5.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述阳极侧的电极腔(31)大于阴极侧的电极腔(31)。

6.根据权利要求5所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述出氢导流槽(13)的长度大于进水导流槽(23)和出水出氧导流槽(24)的长度。

7.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述阳极侧设有退刀槽，其与电极腔(31)之间形成台阶面。

8.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述阳极侧的外框边缘设有放置密封条的第一环形凹槽(25)，所述第一过氢通孔(11)和第二过氢通孔(12)的边缘设有放置密封条的第二环形凹槽(26)，所述阳极侧的内框边缘设有放置密封条的第三环形凹槽(27)。

9.根据权利要求1所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述阴极侧的外框边缘设有放置密封条的第四环形凹槽(14)，所述进水通孔(21)和过氧过水通孔的边缘设有放置密封条的第五环形凹槽(15)，所述电极框的阴极侧的内框边缘设有放置密封条的第六环形凹槽(16)。

10.根据权利要求8-9任一所述的一种高差压pem电解槽用阴阳极一体电极框，其特征在于，所述第一环形凹槽(25)、第二环形凹槽(26)、第三环形凹槽(27)、第四环形凹槽(14)、第五环形凹槽(15)和第六环形凹槽(16)的拐角处均设计成弧形结构。

技术总结
本发明公开了一种高差压PEM电解槽用阴阳极一体电极框，涉及PEM电解水制氢技术领域，包括电极框本体，电极框本体的一端交错开设有第一过氢通孔和进水通孔，其另一端交错开设有过水过氧通孔和第二过氢通孔；电极框本体中部开通、在阳极侧和阴极侧形成电极腔；电极框本体包括阳极侧和阴极侧，阳极侧设有进水导流槽和出水出氧导流槽，阴极侧设有出氢导流槽；进水导流槽与进水通孔连通，出水出氧导流槽与过水过氧通孔连通，出氢导流槽与过氢通孔连通。本发明代替了现有技术中的阴极电极框、阳极电极框和两者之间的密封件，有效降低了密封材料的使用量，降低了密封风险，提高了电解槽安全运行的可靠性，减少了装配步骤，提高了装配效率。

技术研发人员：谢曙,徐进良,张靖倩,邹峰,陈勇军,陈杰
受保护的技术使用者：淳华氢能源科技（湖南）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15