新型AEM制氢电解槽的制作方法

本发明属于aem电解槽，具体涉及新型aem制氢电解槽。

背景技术：

1、aem是一种新型的碱性离子膜水分解制氢技术，主要包括电解槽、电极、电解质和电源等四个部分。

2、其原理如下：

3、电解槽：aem制氢技术所使用的电解槽是一种由两个电极和一个带电离子交换膜所组成的封闭式装置，电极被装置在电解槽的两端，以产生正负电荷。

4、电极：aem制氢技术采用特殊的电极材料，如阴极采用铂基、镍基催化剂，阳极采用氧化钌、氧化铱，nife-ldh等，以提高电化学反应效率和产氢速率。

5、aem膜：阴离子交换膜(aem)是一种选择性透过的隔膜，通常有连接带正电的官能团的高分子聚合物制成。由于aem可以传输阴离子导电，同时隔绝氧气或氢气等气体，是碱性条件下进行电解水的理想导电隔膜之一。。

6、电源：aem制氢技术采用稳定的直流电源，在外加电压的作用下，将水分解成氢气和氧气。

7、整个制氢过程中，水分子在电解槽中发生电解反应，分解为氢离子和氧离子，同时由于过程中存在的离子交换膜只允许质子(h+)通过，阻挡氢氧根离子(oh-)通过，因此产生的氢离子会向阴极移动，而oh-离子则向阳极移动，最终在阴极处还原成氢气，阳极处被氧化为氧气。通过这种方法，aem制氢技术可以高效地制备高纯度的氢气。

8、现有的aem技术还处于高速发展阶段，在四种现有的电解水制氢技术中属于低技术成熟度的一类，即trl指数仅为2-3。其亟待解决的问题则是阴离子交换膜存在传导性低，催化动力慢和膜电极(mea)结构较差的问题，因为aem电解时两个被阴离子交换膜分隔的阴电极区和阳电极区具有压差，而aem膜本身需要具有更薄更大表面积的技术要求，则使其在使用时会因为压差的问题导致其结构易损坏，故现有的研究中多需要对阴离子交换膜的材料、形态和尺寸进行不断的优化和更新。而现有的电解槽多为螺杆压合的固定式结构，不便于高频更换其内部的阴离子交换膜，从而影响实验效率；同时这种固定式电解槽结构也无法从内部查看阴离子交换膜在存在压差时其形态会产生如何变化。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种新型的aem制氢电解槽，其主要目的是在现有aem制氢技术的基础上，通过设计一种新的主要用于实验验证的电解槽结构，通过易拆卸和特殊的阴离子交换膜的固定方式，从而方便更换阴离子交换膜进行验证，提高实验效率。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供一种新型aem制氢电解槽，用于更换阴离子交换膜进行测试实验，包括壳体和设置在壳体内的阴离子交换膜，所述壳体包括相互铰接的两个子部分，两个子部分具有内凹的凹槽，两个凹槽在转动扣合后合拢形成密封的空腔；

4、其中，两个凹槽上均覆盖有压盖，所述压盖中部具有通槽，两侧压盖扣合时所述通槽连通形成交换通道，所述阴离子交换膜设置在交换通道内将空腔分隔为阴电极区和阳电极区；

5、所述阴电极区内设有阴电极结构，阳电极区设有阳电极结构，在壳体上设有连通外部的连通口，通过连通口分别连通同侧的阴电极区或阳电极区进行液体和气体的传输，壳体外还设有分别连通同侧的阴电极结构或阳电极结构的电极触头，通过电极触头连通外部电源进行电解。

6、结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述阴离子交换膜尺寸与交换通道的截面尺寸相同，在交换通道内设有从两侧夹持阴离子交换膜并将阴离子交换膜边沿与交换通道内壁缝隙堵住的透明堵料。

7、结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，当壳体转动打开时，一侧压盖的通槽内具有阴电极结构，所述阴离子交换膜和两个透明堵料均埋入设有阴电极结构的通槽内；

8、所述阳电极结构埋入另一侧通槽内并具有突出通槽开口平面的突出部，当两个子部分相互扣合时所述突出部挤压透明堵料将阴离子交换膜抵靠在阴电极结构上。

9、结合第一方面的第二种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，任一通槽的开口边沿处设有环形密封结构，当两个子部分扣合时所述环形密封结构将两个通槽之间的连接间隙密封。

10、结合第一方面的第二种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述壳体和压盖均为透明材质制成，在设有阳电极结构一侧的凹槽内设有发光模块，所述发光模块的光线发射端面朝向阴离子交换膜。

11、结合第一方面的第四种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，所述壳体的每个子部分外部均设有向外凸起的传感器腔，所述传感器腔内设有用于检测的传感器，所述传感器与发光模块均通过设置在传感器腔上的密封连通口与外部控制模块导电连接。

12、结合第一方面或第一方面的若干种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述压盖扣合在凹槽的端面上设有螺纹柱，在壳体的每个子部分外表面均对应螺纹柱设置有螺栓口，通过设有穿过螺栓口与螺纹柱螺纹配合的固定螺栓将压盖与同侧的子部分拉紧固定。

13、结合第一方面的第六种实施方式，本发明提供第一方面的第七种实施方式，所述阳电极结构和阴电极结构均具有对应单个螺纹柱的向外延伸的导电部，当压盖通过固定螺栓与一侧子部分固定连接时，所述固定螺栓穿过并连接导电部，在与导电部连接的固定螺栓外部套设有与固定螺栓导电接触的电极触头。

14、结合第一方面的第六种实施方式，本发明提供第一方面的第八种实施方式，所述阳电极结构为镂空的薄片状结构，阴电极结构为多层薄片复合形成的立体镂空结构，所述阳电极结构与阴电极结构具有相同的截面尺寸。

15、需要说明的是，在aem电解槽中，水主要在阴极室消耗。在电解过程中，水分子会在阴极室发生还原反应，产生氢气和氢离子。这个过程需要消耗水分子，因此阴极室中的水会逐渐减少。相比之下，阳极室中的水消耗较少。在阳极室中，虽然也会发生一些水的氧化反应，但这个过程产生的水量相对较少。因此，在aem电解槽中，水主要是在阴极室消耗的。

16、在aem电解槽电解水制氢气的过程中，通常需要向阴极室补水。补水的逻辑主要是为了保持阴极室中的水位稳定，并确保电解过程能够持续进行。

17、在具体的操作中，补水的量通常是根据阴极室的水位来决定的。如果阴极室的水位过低，就需要及时补充水分，以防止电解过程受到影响。同时，补水的量还要考虑到生成氢气的量。因为随着氢气的生成，阴极室中会有气体排出，这可能会导致水位下降。因此，在补水量上需要根据实际情况进行调整，以达到既保证电解效率又维持水位稳定的目的。

18、一般来说，补水的方式可以是连续小量的补水，也可以是定时定量的补水。具体采用哪种补水方式，需要根据实际的生产需求和设备情况来确定。

19、总之，在aem电解槽电解水制氢气的过程中，需要合理控制补水量，以确保电解过程的顺利进行和维持阴极室的水位稳定。同时，还需要密切关注电解过程的变化和设备的运行情况，及时调整补水策略，以达到最佳的制氢效果。

20、本发明的有益效果为：

21、(1)本发明通过设有一种铰接时翻盖壳体结构，能够方便打开和扣合，从而在需要时对其内部的阴离子交换膜、电极结构等其他部件进行更换，并对其位置和尺寸进行调整，无需考量其重复利用率以及重复密封性能，只需要保证其在测试时稳定工作即可，具有较高的便捷性与灵活度，能够根据实验需求进行参数调整，配合外部的控制模块获取电流参数、产气参数等数据来判断更换的阴离子交换膜是否达到设计需求；

22、(2)本发明通过设置的透明结构的壳体以及内部设有的发光模块，能够方便使用者在安装后直接查看内部阴离子交换膜的形变状态，同时可通过在阴离子交换膜表面涂覆有不影响实验效果的涂料，来增加其在壳体内的区别度，从而方便使用者记录在不同压差情况下阴离子交换膜的结构强度变化，同时通过结合压力等传感器协同确定压力对阴离子交换膜的结构强度影响；

23、(3)本发明还通过对压盖、固定螺栓的结构优化，从而将导电的结构与固定螺栓结合，从而节省单独设置一个导电结构的开口，具有较高集成度。