水电解槽及其制作方法与流程

本申请涉及pem水电解槽，具体涉及一种水电解槽及其制作方法。

背景技术：

1、通常电解水制氢的电解槽芯单元由极板或隔板、密封膜、树脂边框、阴阳极的扩散层总成及膜电极300mea组成。树脂边框限定了电解槽的反应室区域，极板或隔板限定了阴阳极的反应产生的气体在其两侧。为了将水、氢气、氧气密封在水电解槽相应的区域内，需要在边框上相应的位置设置密封件。一般技术为pem膜两侧为树脂边框、密封膜、分隔板和多孔扩散层。由于密封件一般为ptfe密封膜，密封膜的厚度较薄，且容易发生蠕变，因此树脂边框一般在密封结构处会设置密封特征。这会导致树脂边框较厚，通常在1.5mm以上，分隔板通常为较薄的平面结构，厚度在0.75mm以上。这种平板状的双极板与电解液的接触面积较小，且存在局部限流的现象，使电解液流经电解的区域不均匀，导致制氢的效率低，极板之间的结构强度弱，容易变形，以及结构不够紧凑，占用空间；对于水电解槽的散热效果不佳。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种水电解槽及其制作方法，可以解决当前水电解槽平板状的双极板与电解液的接触面积较小，且存在局部限流的现象，使电解液流经电解的区域不均匀，导致制氢的效率低，极板之间的结构强度弱，容易变形，结构不够紧凑，占用空间，对散热效果不佳的技术效果。

2、本申请实施例提供一种水电解槽，所述水电解槽包括阳极板、膜电极、阴极板和密封边框；

3、所述膜电极设于所述阳极板和所述阴极板之间，所述密封边框沿所述阳极板和所述阴极板边缘设置，所述密封边框密封连接所述阳极板和所述膜电极，且所述密封边框密封连接所述阴极板和所述膜电极；

4、所述阳极板背离所述膜电极的一侧为阳极冷却剂流场区，所述阳极板朝向所述膜电极的一侧为阳极流场区；所述阳极流场区内设有电解液流道，所述电解液流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道或平面流道；

5、所述阴极板背离所述膜电极的一侧为阴极冷却剂流场区，所述阴极板朝向所述膜电极的一侧为阴极流场区；所述阴极流场区为平面结构。

6、进一步的，所述阳极板和所述阴极板通过金属板冲压形成。

7、进一步的，所述阳极冷却剂流场区内设有冷却剂流道，所述冷却剂流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道或平面流道；所述冷却剂流道内填充条状金属网。

8、进一步的，所述电解液流道或所述冷却剂流道的截面形状为圆形、矩形、椭圆形、梯形、菱形或三角形。

9、进一步的，所述水电解槽还包括阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层，所述阳极侧气体扩散层设于所述阳极板和所述膜电极之间，所述阳极侧气体扩散层对应所述阳极流场区设置，所述阴极侧气体扩散层设于所述阴极板和所述膜电极之间，所述阴极侧气体扩散层对应所述阴极流场区设置。

10、进一步的，所述膜电极包括催化剂涂层质子膜、阳极侧树脂边框和阴极侧树脂边框；所述催化剂涂层质子膜的两侧分别与所述阳极侧气体扩散层和所述阴极侧气体扩散层抵接，所述阳极侧树脂边框与所述催化剂涂层质子膜的边缘连接，所述阳极侧树脂边框环绕所述阳极侧气体扩散层设置，所述阴极侧树脂边框与所述催化剂涂层质子膜的边缘连接，所述阴极侧树脂边框环绕所述阴极侧气体扩散层设置。

11、进一步的，所述密封边框包括阳极冷却剂密封圈、阳极密封圈、阴极密封圈；所述阳极冷却剂密封圈设于所述阳极板上且环绕所述阳极冷却剂流场区设置，所述阳极密封圈设于所述阳极板上且环绕所述阳极流场区设置，所述阳极密封圈与所述阳极侧树脂边框密封连接，所述阴极密封圈设于所述阴极板上且环绕所述阴极流场区设置，所述阴极密封圈与所述阴极侧树脂边框密封连接。

12、进一步的，在所述阳极板朝向所述膜电极的一侧，环绕所述阳极流场区设有阳极密封槽，所述阳极密封槽内设有所述阳极密封圈；在所述阳极密封圈内设有与所述阳极流场区连通的电解液分配区和电解液公共管道；环绕所述阳极流场区还设有阴极气体公共管道，所述阳极密封圈环绕所述阴极气体公共管道设置使所述阴极气体公共管道与所述阳极流场区相隔离。

13、进一步的，在所述阴极板朝向所述膜电极的一侧，环绕所述阴极流场区设有阴极密封槽，所述阴极密封槽内设有所述阴极密封圈；在所述阴极密封圈内设有与所述阴极流场区连通的氢气分配区和阴极气体公共管道；环绕所述阴极流场区还设有电解液公共管道，所述阴极密封圈环绕所述电解液公共管道设置使所述电解液公共管道与所述阴极流场区相隔离。

14、本申请还提供一种水电解槽的制作方法，包括：

15、通过金属板冲压形成阳极板，在所述阳极板的一侧形成阳极冷却剂流场区，所述阳极板的另一侧形成阳极流场区；所述阳极流场区内设有电解液流道，所述电解液流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道或平面流道；

16、通过金属板冲压形成阴极板，在所述阴极板的一侧形成阴极冷却剂流场区，在所述阴极板的另一侧形成阴极流场区；所述阴极流场区为平面结构；

17、环绕所述阳极板的阳极冷却剂流场区设置阳极冷却剂密封圈，环绕所述阳极板的阳极流场区设置阳极密封圈；

18、将所述阳极板的阳极流场区与所述阴极板的阴极流场区对应设置，在所述阳极板和所述阴极板之间设置膜电极；

19、环绕所述阴极板的阴极流场区设置阴极密封圈，将所述阴极板通过所述阴极密封圈与所述膜电极连接。

20、本申请实施例 提供的水电解槽及其制作方法，通过设置阳极板的阳极流场区内的流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道、平面流道，阴极板的阴极流场区为平面结构，阴极流场的平面结构能与阳极流场区内的流道的凸面充分接触，既保证了电解液均匀地流经阳极流场区域，令电解液更为均匀扩散到膜电极上，增大了电解液与膜电极接触面积，提高扩散传质效率，同时又保证了整个水电解槽的阴极板与阳极板的充分接触，降低了水电解槽的接触电阻。

技术特征：

1.一种水电解槽，其特征在于，所述水电解槽包括阳极板、膜电极、阴极板和密封边框；

2.如权利要求1所述的水电解槽，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板通过金属板冲压形成。

3.如权利要求1所述的水电解槽，其特征在于，所述阳极冷却剂流场区内设有冷却剂流道，所述冷却剂流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道或平面流道；所述冷却剂流道内填充条状金属网。

4.如权利要求3所述的水电解槽，其特征在于，所述电解液流道或所述冷却剂流道的截面形状为圆形、矩形、椭圆形、梯形、菱形或三角形。

5.如权利要求1所述的水电解槽，其特征在于，所述水电解槽还包括阳极侧气体扩散层和阴极侧气体扩散层，所述阳极侧气体扩散层设于所述阳极板和所述膜电极之间，所述阳极侧气体扩散层对应所述阳极流场区设置，所述阴极侧气体扩散层设于所述阴极板和所述膜电极之间，所述阴极侧气体扩散层对应所述阴极流场区设置。

6.如权利要求5所述的水电解槽，其特征在于，所述膜电极包括催化剂涂层质子膜、阳极侧树脂边框和阴极侧树脂边框；所述催化剂涂层质子膜的两侧分别与所述阳极侧气体扩散层和所述阴极侧气体扩散层抵接，所述阳极侧树脂边框与所述催化剂涂层质子膜的边缘连接，所述阳极侧树脂边框环绕所述阳极侧气体扩散层设置，所述阴极侧树脂边框与所述催化剂涂层质子膜的边缘连接，所述阴极侧树脂边框环绕所述阴极侧气体扩散层设置。

7.如权利要求6所述的水电解槽，其特征在于，所述密封边框包括阳极冷却剂密封圈、阳极密封圈、阴极密封圈；所述阳极冷却剂密封圈设于所述阳极板上且环绕所述阳极冷却剂流场区设置，所述阳极密封圈设于所述阳极板上且环绕所述阳极流场区设置，所述阳极密封圈与所述阳极侧树脂边框密封连接，所述阴极密封圈设于所述阴极板上且环绕所述阴极流场区设置，所述阴极密封圈与所述阴极侧树脂边框密封连接。

8.如权利要求7所述的水电解槽，其特征在于，在所述阳极板朝向所述膜电极的一侧，环绕所述阳极流场区设有阳极密封槽，所述阳极密封槽内设有所述阳极密封圈；在所述阳极密封圈内设有与所述阳极流场区连通的电解液分配区和电解液公共管道；环绕所述阳极流场区还设有阴极气体公共管道，所述阳极密封圈环绕所述阴极气体公共管道设置使所述阴极气体公共管道与所述阳极流场区相隔离。

9.如权利要求7所述的水电解槽，其特征在于，在所述阴极板朝向所述膜电极的一侧，环绕所述阴极流场区设有阴极密封槽，所述阴极密封槽内设有所述阴极密封圈；在所述阴极密封圈内设有与所述阴极流场区连通的氢气分配区和阴极气体公共管道；环绕所述阴极流场区还设有电解液公共管道，所述阴极密封圈环绕所述电解液公共管道设置使所述电解液公共管道与所述阴极流场区相隔离。

10.一种水电解槽的制作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种水电解槽及其制作方法。该水电解槽包括阳极板、膜电极、阴极板和密封边框；所述膜电极设于所述阳极板和所述阴极板之间，所述密封边框沿所述阳极板和所述阴极板边缘设置，所述密封边框密封连接所述阳极板和所述膜电极，且所述密封边框密封连接所述阴极板和所述膜电极；所述阳极板背离所述膜电极的一侧为阳极冷却剂流场区，所述阳极板朝向所述膜电极的一侧为阳极流场区；所述阳极流场区内设有电解液流道，所述电解液流道为蛇形流道、平行流道、仿生流道或平面流道；所述阴极板背离所述膜电极的一侧为阴极冷却剂流场区，所述阴极板朝向所述膜电极的一侧为阴极流场区；所述阴极流场区为平面结构。

技术研发人员：李恒,邵恒,李攀科,唐厚闻,郭维平
受保护的技术使用者：上海氢盛创合能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22