CN111575728A - 一种碱性水电解槽用极板 - Google Patents

一种碱性水电解槽用极板 Download PDF

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张跃兴
孙岳涛
肖宠
王晓威
李闯
张世渊
郝珍
宋时莉
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Abstract

本发明公开了一种碱性水电解槽用极板，包括：极框和板面；极框为环形板；极框的内环面上设有安装槽，板面的外周嵌入极框的安装槽内；极框上设有进液孔、氢气出气孔和氧气出气孔；氢气出气孔和氧气出气孔分别与极框的中心轴线之间的轴间连线形成设定阈值的角度；进液孔位于氢气出气孔和氧气出气孔与极框的中心轴线之间形成的夹角的角平分线的反向延长线所在的极框上；极框的正反两面分别设置有阳极进液道和阴极进液道；极框的正反两面还分别设置有氢气出气道和氧气出气道，氢气出气道与氢气出气孔连通，氧气出气道与氧气出气孔连通，氢气出气道和氧气出气道之间的夹角等于氢气出气孔和氧气出气孔与极框的中心轴线之间形成的夹角。

Description

一种碱性水电解槽用极板
技术领域
本发明涉及碱性水电解制氢设备技术领域，具体涉及一种碱性水电解槽用极板。
背景技术
碱性电解槽是碱性水电解制氢设备的核心，它一般由数个到数十个电解小室串联组成，每个电解小室又由极板、电极、隔膜和密封垫片等组件组成。其中，极板是碱性电解槽的支撑组件，起到支撑电极和隔膜以及导电的作用。目前，现有技术中的碱性电解槽的极板一般采用铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板经机加工制成，其加工工序繁多、制作成本昂贵。采用该极板组装出的电解槽不仅重量大，还需注意避免极板间可能发生的短路问题。此外，由于碱性电解槽严苛的工况环境，此类极板的极框部分极易发生腐蚀，影响电解槽的正常运行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种碱性水电解槽用极板，将极板分为板面和极框两部分，板面采用薄金属板作为支撑件和导电体，而极框采用工程塑料注塑或模压而成，能够显著减少极板加工工序、提高加工效率，有效降低电解槽的重量和成本，同时，能够避免极框的腐蚀问题。
本发明的技术方案为：一种碱性水电解槽用极板，包括：极框和板面；所述板面为设定厚度的金属板，所述极框为工程塑料注塑或模压而成的环形板；
所述极框的内环面上设有安装槽，所述板面的外周嵌入极框的安装槽内；
所述极框上设有进液孔、氢气出气孔和氧气出气孔，三者均为通孔，且孔轴线均与极框的中心轴线平行；所述氢气出气孔和氧气出气孔分别与极框的中心轴线之间的轴间连线形成设定阈值的角度；进液孔位于氢气出气孔和氧气出气孔与极框的中心轴线之间形成的夹角的角平分线的反向延长线所在的极框上；
所述极框的正反两面分别设置有阳极进液道和阴极进液道，二者之间相互平行，且阳极进液道和阴极进液道均与进液孔连通；
所述极框的正反两面还分别设置有氢气出气道和氧气出气道，所述氢气出气道与氢气出气孔连通，所述氧气出气道与氧气出气孔连通，所述氢气出气道和氧气出气道之间的夹角等于氢气出气孔和氧气出气孔与极框的中心轴线之间形成的夹角。
优选地，所述工程塑料的材质采用聚砜或聚醚砜或聚醚醚酮或聚苯硫醚。
优选地，所述极框中添加一种以上导电材料，用于形成导电极框。
优选地，所述导电材料包括：碳纳米管、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩。
优选地，所述导电材料的添加比例为极框重量的10～30％。
优选地，所述氢气出气孔和氧气出气孔与极框的中心轴线之间形成的夹角小于等于30°。
优选地，所述氧气出气道、氢气出气道、阳极进液道和阴极进液道的流道截面均为矩形。
有益效果：
本发明的极板包括能够一体成型的板面和极框两部分，板面采用薄金属板作为支撑件和导电体，而极框采用工程塑料注塑或模压而成，能够显著减少极板加工工序、提高加工效率，有效降低电解槽的重量和成本，同时，碱性水电解槽使用该极板替代现有技术中的极板，能够有效避免传统极板的金属极框的易腐蚀问题，并降低设备重量及成本，产生较好的经济效益。
附图说明
图1为本发明极板的俯视图。
图2为图1中的A-A剖面图。
图3为本发明极板的仰视图。
其中，1、极框，2、板面，3、氧气出气孔，4、氧气出气道，5、氢气出气孔，6、氢气出气道，7、进液孔，8、阳极进液道，9、阴极进液道。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种碱性水电解槽用极板，将极板分为板面和极框两部分，板面采用薄金属板作为支撑件和导电体，而极框采用工程塑料注塑或模压而成，能够显著减少极板加工工序、提高加工效率，有效降低电解槽的重量和成本，同时，能够避免极框的腐蚀问题。
如图1-3所示，该极板包括：极框1和板面2；其中，板面2为薄金属板(如铸铁板、镍板或不锈钢板等)，极框1为工程塑料(如聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮或聚苯硫醚等有机绝缘体，有利于避免极框1可能出现的短路问题及腐蚀问题，且这些有机绝缘体的硬度大、密度低，能够满足电解槽对极板的强度要求，并降低极板的重量)注塑或模压而成的环形板，特别的，极框1中添加碳纳米管、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电材料中的一种以上，用于形成导电极框，能够直接通过极框1测量电解槽的小室电压等工况参数，显著增强电解槽的简单实用性；导电材料的添加比例为极框1重量的10～30％，以此保证极框1既能够导电，又不影响硬度、强度和弹性等，且不会显著增加极板的重量；
极框1的内环面上设置环形安装槽，板面2的外周嵌入极框1的环形安装槽内，极框1能够将板面2固定其中的同时有利于增强极板的密封性；
极框1上设有进液孔7、氢气出气孔5和氧气出气孔3，进液孔7、氢气出气孔5和氧气出气孔3均为通孔，且孔轴线均与极框1的中心轴线平行；氢气出气孔5和氧气出气孔3分别与极框1的中心轴线之间的轴间连线形成设定阈值的角度(特别的，该角度小于等于30°，角度过大易产生积气，影响电解槽的产气量、安全以及工作稳定性)，进液孔7位于氢气出气孔5和氧气出气孔3与极框1的中心轴线之间形成的夹角的角平分线的反向延长线所在的极框1上；
极框1的正反两面分别设置有阳极进液道8和阴极进液道9，二者之间相互平行，且阳极进液道8和阴极进液道9均与进液孔7连通；
极框1的正反两面还分别设置有氢气出气道6和氧气出气道4，氢气出气道6与氢气出气孔5连通，氧气出气道4与氧气出气孔3连通，氢气出气道6和氧气出气道4之间的夹角等于氢气出气孔5和氧气出气孔3与极框1的中心轴线之间形成的夹角。
使用时，该极板用于组装电解槽，将极板、电极、隔膜等组件按设定的顺序叠放，同时，保证相邻的极板的进液孔7、氢气出气孔5和氧气出气孔3分别对齐；相邻极板间设置密封垫片，能够进一步提高电解槽的密封性能；
其中，进液孔7用于将外部电解液导入电解槽，阳极进液道8和阴极进液道9分别用于向电解槽的阳极侧和阴极侧输送电解液；氢气出气孔5和氢气出气道6用于引出电解槽阴极侧的产物(如富氢水和/或氢气)；氧气出气孔3和氧气出气道4用于引出电解槽阳极侧的产物(如含氧水和/或氧气)；氧气出气道4、氢气出气道6、阳极进液道8和阴极进液道9的流道截面均为矩形，其截面积大于工艺计算得出的理论面积，有利于避免电解槽缺水而产生干烧或者排气不畅造成积气问题。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碱性水电解槽用极板，其特征在于，包括：极框(1)和板面(2)；所述板面(2)为设定厚度的金属板，所述极框(1)为工程塑料注塑或模压而成的环形板；
所述极框(1)的内环面上设有安装槽，所述板面(2)的外周嵌入极框(1)的安装槽内；
所述极框(1)上设有进液孔(7)、氢气出气孔(5)和氧气出气孔(3)，三者均为通孔，且孔轴线均与极框(1)的中心轴线平行；所述氢气出气孔(5)和氧气出气孔(3)分别与极框(1)的中心轴线之间的轴间连线形成设定阈值的角度；进液孔(7)位于氢气出气孔(5)和氧气出气孔(3)与极框(1)的中心轴线之间形成的夹角的角平分线的反向延长线所在的极框(1)上；
所述极框(1)的正反两面分别设置有阳极进液道(8)和阴极进液道(9)，二者之间相互平行，且阳极进液道(8)和阴极进液道(9)均与进液孔(7)连通；
所述极框(1)的正反两面还分别设置有氢气出气道(6)和氧气出气道(4)，所述氢气出气道(6)与氢气出气孔(5)连通，所述氧气出气道(4)与氧气出气孔(3)连通，所述氢气出气道(6)和氧气出气道(4)之间的夹角等于氢气出气孔(5)和氧气出气孔(3)与极框(1)的中心轴线之间形成的夹角。
2.如权利要求1所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述工程塑料的材质采用聚砜或聚醚砜或聚醚醚酮或聚苯硫醚。
3.如权利要求1所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述极框(1)中添加一种以上导电材料，用于形成导电极框。
4.如权利要求3所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述导电材料包括：碳纳米管、石墨烯、聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩。
5.如权利要求3所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述导电材料的添加比例为极框(1)重量的10～30％。
6.如权利要求1所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述氢气出气孔(5)和氧气出气孔(3)与极框(1)的中心轴线之间形成的夹角小于等于30°。
7.如权利要求1所述的碱性水电解槽用极板，其特征在于，所述氧气出气道(4)、氢气出气道(6)、阳极进液道(8)和阴极进液道(9)的流道截面均为矩形。
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