一种新型超高压电解分单元封装的制氢机的制作方法

本技术涉及制氢机，具体是一种新型超高压电解分单元封装的制氢机。

背景技术：

1、pem 制氢技术具有效率高、气体纯度高、无碱液、体积小、可实现更高的产气压力等优点。尽管pem电解堆与燃料电池电堆在结构、内部环境等存在较大的相似性，如数百单元堆叠、高氧气含量、高湿度、酸性环境等，但对密封来讲，pem电解堆存在更大的挑战性，其阳极更高电位（1.5-2.0v甚至更高）、大量液态水（数十至数百倍反应水量）、更大的组装力，均对密封方式、材质和结构提出了更高的要求。现今pem电解水制氢在无额外加压过程下产氢压力普遍在3~4 mpa，为更方便与后端氢储、运、用配合，需要通过机械压缩升压等将氢气加压至数十兆帕，设备结构复杂，占地面积大，综合制氢效率大大降低。

2、燃料电池堆与电解堆密封件的材料一般采用有机硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶（epdm）或聚四氟乙烯（ptfe）等，密封方式多采用注塑成型或密封圈贴敷的方式进行。电堆工作温度范围一般为80-90℃之间，当电堆停止运行或外界环境温度降低时，密封件在低温下容易由于材料收缩引起弹力降低进而引发泄露风险；同时，密封件在在长期及反复压缩下，容易出现内部应力松弛，设计中，通常选用较大的初始预紧力来应对松弛效应，但过大的预紧力容易导致膜电极或气体扩散层发生力学损伤进而影响其传输特性；同时，过大的初始预紧力也容易加剧密封件的压缩疲劳，减少密封件的使用寿命。

3、本实用新型针对现有pem电解堆密封体系的技术现状，提供一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，无需通过机械升压转化等即可产生高达35mpa的氢气，设备结构简化，占地面积小，耗能低，大大提高了制氢综合效率及电解槽使用寿命。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，包括双极板阳极面和双极板阴极面，还包括阳极密封边框、阳极气体扩散层、膜电极、阴极气体扩散层、阴极密封边框，电解单元是由双极板阳极面、阳极密封边框、阳极气体扩散层、膜电极、阴极气体扩散层、阴极密封边框及双极板阴极面，在粘结剂作用下依次组合形成的一个密封体系；

4、其中，所述双极板阴极面及双极板阳极面的花式边沿采用平行对应设置，花边优先采用楔形样式，嵌入高硬度密封材料，可极大增强双极板间边沿粘附力并加强边沿强度，进而增大整个电解单元密封强度，花边总宽度为3-30mm，优选8-15mm间；花边单槽深度0.5-5mm，优选1-3mm；花边单槽宽度2-10mm，优选2-5mm；单槽深度与宽度依据电解单元产氢量进行有机调整：产氢量越大，则单槽深度及宽度越大、槽总数越小，以保证密封强度并减小工艺难度。高硬度密封材料的硬度范围70-95邵氏a，优选85-95邵氏a。

5、作为本实用新型进一步的技术方案，所述双极板阳极面和双极板阴极面为不锈钢板、钛板或钛镍合金板中的一种或几种，优先选用钛板等以提高高电位下极板耐蚀性。

6、作为本实用新型进一步的技术方案，所述阳极密封边框和阴极密封边框总厚度在0.2-0.6mm之间，所述阳极密封边框和阴极密封边框6由聚四氟乙烯（ptfe）、聚醚醚酮（peek）、聚苯硫醚（pps）或聚萘二甲酸乙二醇酯（pen）中的一种或几种组合而成，厚薄双组合，优选聚四氟乙烯加聚萘二甲酸乙二醇酯薄片的组合方式，薄片贴近膜电极侧。

7、作为本实用新型进一步的技术方案，所述阳极气体扩散层和阴极气体扩散层选用碳烧结多孔板、钛纤维烧结板中的一种或两种，所述阳极气体扩散层和阴极气体扩散层分别嵌入阳极密封边框和阴极密封边框中；阳极优选钛纤维烧结板，厚度为0.2-10mm，优选0.3-0.5mm。

8、作为本实用新型进一步的技术方案，所述粘结剂采用有机硅橡胶、氟橡胶或三元乙丙橡胶中的一种或几种，密封方式采用注塑成型或底涂胶涂覆的方式进行。

9、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型所述双极板阴极面及双极板阳极面的花式边沿采用平行对应设置，嵌入高硬度密封材料，可极大增强双极板间边沿粘附力并加强边沿强度，进而增大整个电解单元密封强度；该电解单元无需通过机械升压转化等即可产生并输出高达35mpa的氢气，设备结构简化，占地面积小，耗能低，大大提高了制氢综合效率及电解槽使用寿命；同时该密封方式可以保证电解堆在较小预紧力下即可保证边沿区域的密封及中间反应区域的接触，减小了膜电极及气体扩散层因预紧力过大导致的受力损失，提高了整个电解堆的性能，降低了电解堆及整套电解装置装配和设计难度的同时，提升了电解堆的可靠性、稳定性和寿命，工艺设计简单，适合大规模量产。

技术特征：

1.一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，包括双极板阳极面和双极板阴极面，其特征在于，还包括阳极密封边框、阳极气体扩散层、膜电极、阴极气体扩散层、阴极密封边框，电解单元是由双极板阳极面、阳极密封边框、阳极气体扩散层、膜电极、阴极气体扩散层、阴极密封边框及双极板阴极面，在粘结剂作用下依次组合形成的一个密封体系；

2.根据权利要求1所述的一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，其特征在于，所述双极板阳极面和双极板阴极面为不锈钢板、钛板或钛镍合金板中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，其特征在于，所述阳极密封边框和阴极密封边框总厚度在0.2-0.6mm之间。

4.根据权利要求1所述的一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，其特征在于，所述阳极气体扩散层和阴极气体扩散层选用碳烧结多孔板、钛纤维烧结板中的一种或两种，所述阳极气体扩散层和阴极气体扩散层分别嵌入阳极密封边框和阴极密封边框中。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，其特征在于，所述粘结剂采用有机硅橡胶、氟橡胶或三元乙丙橡胶中的一种或几种。

技术总结
本技术公开了一种新型超高压电解分单元封装的制氢机，属于制氢机技术领域，电解单元是由双极板阳极面、阳极密封边框、阳极气体扩散层、膜电极、阴极气体扩散层、阴极密封边框及双极板阴极面，在粘结剂作用下依次组合形成的一个密封体系；其中，所述双极板阴极面和双极板阳极面的边沿加工成花式，所述双极板阴极面及双极板阳极面的花式边沿采用平行对应设置，嵌入高硬度密封材料，可极大增强双极板间边沿粘附力并加强边沿强度，进而增大整个电解单元密封强度；无需通过机械升压转化等即可产生高达35MPa的氢气，设备结构简化，占地面积小，耗能低，大大提高了制氢综合效率及电解槽使用寿命。

技术研发人员：梁祥丰
受保护的技术使用者：江苏原康素氢能源科技有限公司
技术研发日：20230418
技术公布日：2024/1/13