一种电解水制氢极板结构的制作方法

本发明属于电池，尤其涉及一种电解水制氢极板结构。

背景技术：

1、pem电解槽技术是指使用质子交换膜(pem)作为电解槽中的离子交换膜，将水分解成氢气和氧气的一种电化学技术。在pem电解槽中，水被加入到电解槽中，然后通过电流进行分解；电解槽中的正极(阳极)会吸引阴离子(oh-)，并将它们氧化成氧气(o2)；电解槽中的负极(阴极)会吸引阳离子(h+)，并将它们还原成氢气(h2)。pem电解槽技术具有快速启动、高效能、低温和低压等特点，因此被广泛应用于制氢、能源存储和电力系统等领域。同时，pem电解槽技术还可以与太阳能电池板、风力发电机等可再生能源相结合，形成可持续的能源系统，具有重要的应用前景。

2、pem电解槽主要包括以下几个关键部件：质子交换膜、电极、双极板、密封垫和端板等，各部件的设计和组合方式对整个pem电解槽的性能和效率影响很大。其中，双极板的结构对pem电解槽的性能和效率影响尤其重要，双极板结构一般考虑以下几个方面：导电基底材料的选择、催化剂的选择与涂覆、气体和液体流道的设计、表面形貌和结构的优化、耐腐蚀性和稳定性。设计合理的极板流道结构，能够确保反应气体(氢气和氧气)和冷却液的有效分配及流动，从而保持电解槽的稳定运行和冷却效果。

3、目前，pem电解槽极板的冷却液通道中，水流的方向通常是从一个端口或多个端口进入，然后通过设定的通道结构和布局，沿着预定的路径在极板周围或内部流动，最终通过另一个端口或多个端口离开。这种设计确保了冷却液能够有效地吸收和带走电解过程中产生的热量，从而维持设备的正常工作温度并确保长期稳定性。但是，这对极板结构设计和流场设计提出了很高的要求，需要在确保流体在整个电解槽中分布均匀的同时减小流体阻力，确保流体能够以足够的速度和压力通过流道；并且，上述结构存在冷却液传输死区，大大影响了流体流动效率和电解槽系统能效。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种电解水制氢极板结构，旨在解决现有电解槽内的流体分布不均匀、冷却液流动阻力大、流体流动效率低等问题。通过本技术结构，能够确保冷却液充分接触到电解槽的热点区域，冷却效果均匀，有效提高了设备的稳定性和效率。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供一种电解水制氢极板结构，包括板体，所述板体的一端设置有进出口区，另一端设置有出口区；在所述板体的一侧面上，所述进出口区与所述出口区之间设置有第一中心流道区；所述进出口区与所述第一中心流道区之间设置有第一过渡缓冲区，所述第一过渡缓冲区分别与所述进出口区、所述第一中心流道区连通设置；所述出口区与所述第一中心流道区之间设置有第二过渡缓冲区，所述第二过渡缓冲区分别与所述出口区、所述第一中心流道区连通设置。

3、作为优选的实施方式，所述进出口区与所述出口区对称设置；所述第一过渡缓冲区与所述第二过渡缓冲区对称设置。

4、作为优选的实施方式，所述第一过渡缓冲区包括第一过桥区、第一过渡区和第一连接区，所述第一过渡区分别与所述第一过桥区、所述第一连接区连通设置；所述第一过桥区与所述进出口区连通设置。

5、作为优选的实施方式，所述第一过桥区包括数根均匀设置的第一流道和第一脊，所述第一流道和所述第一脊相间设置；所述第一流道的数量与所述第一脊的数量的比值为1：1～5：1。

6、作为优选的实施方式，所述第一流道包括第一过桥中心部、第一平行部和第二平行部，所述第一平行部和所述第二平行部对称设置于所述第一过桥中心部的两侧；所述第一过桥中心部与所述进出口区连通设置。

7、作为优选的实施方式，所述第一过桥中心部包括数根相互平行设置的第一等长过桥流道；所述第一平行部包括数根相互平行设置的第一过桥流道；所述第二平行部包括数根相互平行设置的第二过桥流道；所述第一等长过桥流道、所述第一过桥流道以及所述第二过桥流道相互平行设置。

8、作为优选的实施方式，自所述第一过桥中心部至所述第一平行部方向，所述第一过桥流道的长度逐渐递减；自所述第一过桥中心部至所述第二平行部方向，所述第二过桥流道的长度逐渐递减。

9、作为优选的实施方式，所述第一过渡区包括第一斜部、第一横部和第二斜部；所述第一斜部和所述第二斜部对称设置于所述第一横部的两侧；所述第一斜部靠近所述第一平行部设置，所述第一横部靠近所述第一过桥中心部设置，所述第二斜部靠近所述第二平行部设置。

10、作为优选的实施方式，所述第一斜部包括数根相互平行设置的第一过渡流道，相邻的所述第一过渡流道之间设置有第二脊；所述第一横部包括数根相互平行的第二过渡流道，相邻的所述第二过渡流道之间设置有第三脊；所述第二斜部包括数根相互平行的第三过渡流道，相邻的所述第三过渡流道之间设置有第四脊。

11、作为优选的实施方式，所述第二脊与所述第一过桥区呈30°～50°设置；所述第三脊与所述第一过桥区呈垂直设置；所述第四脊与所述第一过桥区呈30°～50°设置。

12、作为优选的实施方式，每根所述第二脊均包括数个等间距设置的第一凸台；同一所述第二脊中，相邻的两个所述第一凸台之间设置有第一间隙；

13、每根所述第三脊均包括数个等间距设置的第二凸台；同一所述第三脊中，相邻的两个所述第二凸台之间设置有第二间隙；

14、每根所述第四脊均包括数个等间距设置的第三凸台；同一所述第四脊中，相邻的两个所述第三凸台之间设置有第三间隙。

15、作为优选的实施方式，所述第一凸台的长度与所述第一间隙的长度的比值、所述第二凸台的长度与所述第二间隙的长度的比值以及所述第三凸台的长度与所述第三间隙的长度的比值均为2：1～3：1。

16、作为优选的实施方式，自所述第一斜部至所述第一横部方向，所述第一过渡流道的长度逐渐递减；自所述第二斜部至所述第一横部方向，所述第三过渡流道的长度逐渐递减。

17、作为优选的实施方式，所述第一连接区包括数根等长设置的第一连接流道，数根所述第一连接流道相互平行设置；所述第一连接流道分别与所述第一过渡流道、所述第二过渡流道、所述第三过渡流道连通设置。

18、作为优选的实施方式，所述第一连接流道与所述第二过渡流道呈垂直设置；所述第一连接流道与所述第一等长过桥流道相平行设置。

19、作为优选的实施方式，所述第一中心流道区包括数根相互平行设置的第一中心流道，相邻的所述第一中心流道之间设置有条形脊；所述第一中心流道与所述第一连接流道相平行设置。

20、作为优选的实施方式，所述第一中心流道为直流道；所述第一中心流道的数量与所述条形脊的数量的比值为1：1～5：1。

21、作为优选的实施方式，所述进出口区包括第一氢出口、水进口和第二氢出口，所述水进口设置于所述第一氢出口与所述第二氢出口之间，所述水进口与所述第一过桥区连通设置。

22、作为优选的实施方式，所述出口区包括第三氢出口、水出口和第四氢出口，所述水出口设置于所述第三氢出口与所述第四氢出口之间，所述水出口与所述第二过渡缓冲区连通设置；所述第一氢出口与所述第三氢出口对称设置；所述水进口与所述水出口对称设置；所述第二氢出口与所述第四氢出口对称设置。

23、作为优选的实施方式，所述水进口与所述水出口的大小相同；所述第一氢出口、所述第二氢出口、所述第三氢出口与所述第四氢出口的大小均相同；

24、所述水进口比所述第一氢出口大；所述水进口的长度与所述第一氢出口的长度的比值为1：1～5：1。

25、作为优选的实施方式，所述板体的另一侧面上设置有第二中心流道区，所述第二中心流道区与所述第一中心流道区相背设置；所述进出口区与所述第二中心流道区之间设置有第三过渡缓冲区，所述第三过渡缓冲区分别与所述第一氢出口、所述第二氢出口、所述第二中心流道区连通设置；所述出口区与所述第二中心流道区之间设置有第四过渡缓冲区，所述第四过渡缓冲区与所述第三过渡缓冲区对称设置，所述第四过渡缓冲区分别与所述第三氢出口、所述第四氢出口、所述第二中心流道区连通设置。

26、作为优选的实施方式，所述第二中心流道区包括数根相互平行设置的第二中心流道；所述第三过渡缓冲区包括数根相互平行设置的第一缓冲流道，所述第一缓冲流道与所述第二中心流道呈垂直设置；所述第四过渡缓冲区包括数根相互平行设置的第二缓冲流道，所述第二缓冲流道与所述第二中心流道呈垂直设置。

27、作为优选的实施方式，相邻的所述第一缓冲流道之间设置有第一缓冲脊；相邻的所述第二缓冲流道之间设置有第二缓冲脊；每根所述第一缓冲脊、每根所述第二缓冲脊均包括数个点状凸台；同一所述第一缓冲脊或同一所述第二缓冲脊中，相邻的所述点状凸台之间设置有第四间隙。

28、作为优选的实施方式，所述第二中心流道为直流道；所述第一氢出口、所述第二氢出口、所述第三氢出口和所述第四氢出口均设置有过桥区，所述过桥区均与所述第二中心流道连通设置。

29、作为优选的实施方式，所述板体的两侧面的边缘均设置有密封区域，所述密封区域内设置有密封胶条。

30、与现有技术相比，本技术具有如下技术效果和优点：本技术的电解水制氢极板结构能够保证流体在流动过程中的速度和压力分布，有效提升了流体均匀性，确保冷却液能够充分接触到电解槽的热点区域，进而提供均匀的冷却效果，冷却效果均匀，从而提高设备的稳定性和效率，能够有效解决现有电解槽内的流体分布不均匀、冷却液流动阻力大、流体流动效率低等问题。本技术结构简单，加工工艺简单，适用于大批量生产。