CN113549943B - 一种表面分形强化的水电解制氢装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面分形强化的水电解制氢装置及方法，属于电解制氢技术领域。该装置包括阳极板和阴极板，由阳极板至阴极板的方向，阳极板和阴极板之间依次设置有第一气体扩散层、第一催化剂层、质子交换膜、第二催化剂层以及第二气体扩散层；第一气体扩散层的表面和第二气体扩散层的表面设有凸凹结构，和/或，第一催化剂层的表面和第二催化剂层的表面设有凸凹结构。通过设置凸凹结构，分形处理为亲水疏气性，有助于气泡从孔口脱离，降低催化剂层和气体扩散层表面的气体覆盖率，促进反应产生的气泡快速到达极板流道，提高电解效率。相应方法即使用上述水电解制氢装置进行电解即可。

Description

一种表面分形强化的水电解制氢装置及方法

技术领域

本发明涉及电解制氢技术领域，具体而言，涉及一种表面分形强化的水电解制氢装置及方法。

背景技术

由于原油的劣质化趋势、原油资源的匮乏和环境保护要求油品品质的升级等原因使得炼厂对氢气的需求量不断增加。且随着技术的不断进步，氢能可为更多交通工具提供动力来源，氢能需求也会进一步加速。

制氢的方法主要有煤气化法、蒸汽转化法及电解水法等，其中，电解水法是最易大规模应用的制氢方法，且所用设备简单，制备过程无污染，制备的氢气纯度较高。自从1800年尼尔森等人成功地将水电解制成氢气和氧气以来，水电解制氢技术得到了飞速的发展。目前，电解水制氢的产量已达到世界氢气总产量的4％，然而其生产耗能巨大，实现大规模电解水制氢的关键是降低电解能耗，因此开发出更适合的电极材料一直是科学家们的奋斗目标，也是一个研究的热点。

当前电解水制氢技术根据电解质的不同主要分为三类，即碱性电解水制氢技术、固体氧化物电解水制氢技术和质子交换膜(PEM)电解水制氢技术。固体氧化物电解水技术在以上三种电解技术中效率最高，但需要相对苛刻的应用条件，普适性不强，在高温制氢领域有很好的发展前景，目前尚处于开发阶段。碱性电解水制氢是一种技术最成熟，结构最简单，生产成本最低的技术，但是同时也伴随着制氢效率低、氢气纯度不够以及由于电解质的酸碱性而导致的安全系数较低等一系列问题。相对上述两种电解水制氢技术而言，质子交换膜电解水技术用质子交换膜代替石棉膜，气体的交叉扩散问题得到了明显改善，能够获得更高纯度的氢气，同时也使得装置能够在较高的压力下安全工作。质子交换膜电解水技术由于其电流密度大、产氢率高、氢纯度高、设备体积小的突出特点引起了全世界的研究热情，因此也被认为是最有前景的电解水技术。

质子交换膜电解水核心组件是膜电极组件，即在离子交换膜的两侧嵌入催化剂作为电极，使得电极与膜成为一体，极大地缩短了极间距，有效降低了析氢和析氧过电位，使得质子交换膜电解水技术能耗更低，催化剂的存在也降低了反应活化能，制氢效率更高。但是在PEM电解池中，质子交换膜所提供的酸性环境要求使用一些特定的耐腐蚀材料，又要满足导电性或者电催化性能等要求，只有少数几种材料可供选择，如Pt、Ir、Ru、Ti等贵金属。因此关于质子交换膜电解水技术的研究主要集中于催化电极的研究，催化电极高昂的价格也是质子交换膜电解水技术大规模应用的瓶颈。

在质子交换膜电解水制氢过程中，水分解化学反应在电极表面发生，通过电化学反应产生氢气和氧气分子，并形成气泡扩散到电解液中。若气泡不能快速脱离电极表面，将会降低电解质与催化剂的接触面积，影响催化效果，大量的气泡在电解质中会影响电解质导电性。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种表面分形强化的水电解制氢装置，该装置能够降低催化剂层和/或气体扩散层表面的气体覆盖率，促进反应产生的气泡快速到达极板流道并快速脱离电极表面，提高电解效率。

本发明的目的之二在于提供一种使用上述水电解制氢装置进行电解制氢的方法。

本申请可这样实现：

第一方面，本发明提供一种表面分形强化的水电解制氢装置，其包括阳极板和阴极板，由阳极板至阴极板的方向，阳极板和阴极板之间依次设置有第一气体扩散层、第一催化剂层、质子交换膜、第二催化剂层以及第二气体扩散层；第一气体扩散层的表面和第二气体扩散层的表面设有凸凹结构，和/或，第一催化剂层的表面和第二催化剂层的表面设有凸凹结构。

在可选的实施方式中，凸凹结构包括一级分形结构，一级分形结构包括多个间隔设置的一级突起。

在可选的实施方式中，一级突起的表面设有二级分形结构，二级分形结构包括多个间隔设置的二级突起。

在可选的实施方式中，相邻2个一级突起之间的间距或相邻2个二级突起的间距为电解过程中形成的气泡直径的1-10倍。

在可选的实施方式中，相邻2个一级突起之间的间距或相邻2个二级突起的间距为电解过程中形成的气泡直径的2-5倍。

在可选的实施方式中，气泡的直径为0.3-3mm，更优为0.5-2mm。

在可选的实施方式中，一级突起或二级突起的表面的气液接触角为30-80°。

在可选的实施方式中，第一气体扩散层的制作材料包括膨胀筛网、烧结所得的多孔介质、毡形式存在的钛或毡形式存在的贵金属；

和/或，第二气体扩散层的制作材料包括碳质材料。

在可选的实施方式中，碳质材料为碳纸或碳布。

在可选的实施方式中，第一催化剂层和第二催化剂层的制作材料均包括碳载贵金属颗粒。

在可选的实施方式中，阳极板的朝向阴极板的一侧表面具有第一流道，阴极板的朝向阳极板的一侧表面具有第二流道。

在可选的实施方式中，阳极板和阴极板的制作材料为压电材料；或，第一流道和第二流道的制作材料为压电材料；

在可选的实施方式中，第一流道与阳极板之间设有至少一层压电材料，第二流道与阴极板之间设有至少一层压电材料。

在可选的实施方式中，水电解制氢装置还包括超声波发生器，超声波发生器设置于阳极板和阴极板内；

阳极板和阴极板的制作材料为石墨或金属板。

在可选的实施方式中，质子交换膜为全氟磺酸质子膜。

第二方面，本申请提供一种水电解制氢方法，采用前述实施方式任一项的水电解制氢装置进行电解制氢。

在可选的实施方式中，电解制氢过程中，超声频率为10-200kHz。

本申请的有益效果包括：

通过将催化剂层和/或气体扩散层表面设置凸凹结构，可使催化剂层和/或气体扩散层具有亲水疏气性，有助于气泡从孔口脱离，降低催化剂层和气体扩散层表面的气体覆盖率，可以促进反应产生的气泡快速到达极板流道，进而有利于后续气体的快速脱除，提高电解效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请提供的水电解制氢装置的结构图；

图2为水电解制氢过程中图1对应的水电解制氢装置中电子和质子的移动示意图；

图3为本申请提供的二级表面分形示意图；

图4为疏气材料表面的疏气气泡形态图；

图5为亲气材料表面的亲气气泡形态图；

图6为本申请超声波震荡对气泡的切割示意图。

图标：11-阳极板；12-第一流道；13-第一气体扩散层；14-第一催化剂层；15-质子交换膜；16-第二催化剂层；17-第二气体扩散层；18-第二流道；19-阴极板；21-一级突起；22-二级突起；23-气泡；24-超声波。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的表面分形强化的水电解制氢装置及方法进行具体说明。

为了消除气泡23效应来降低能耗，使气泡23快速离开电解池系统，同时减少由于气相生成速率导致的安全性和氢气纯度的问题，发明人创造性地提出：通过过程强化技术对电解池中的气泡23行为进行干预，从而降低电解池能耗。

鉴于此，请参照图1和图2，本申请提出一种水电解制氢装置，其包括气体扩散层和催化剂层，气体扩散层和催化剂层中的至少一者的表面具有凸凹结构(通过设置凸凹结构实现表面分形强化)。

其中，气体扩散层包括用于设置于水电解制氢装置的阳极板11的朝向阴极板19的一侧的第一气体扩散层13以及用于设置于阴极板19的朝向阳极板11的一侧的第二气体扩散层17。

催化剂层包括用于设置于第一气体扩散层13的朝向阴极板19的一侧的第一催化剂层14以及用于设置于第二气体扩散层17的朝向阳极板11的一侧的第二催化剂层16。

可理解地，水电解制氢装置包括相对设置的阳极板11至阴极板19(两个极板共同可称为双极板)，由阳极板11至阴极板19的方向，阳极板11和阴极板19之间依次设置有第一气体扩散层13、第一催化剂层14、质子交换膜15、第二催化剂层16以及第二气体扩散层17。

上述凸凹结构的设置可以仅是第一催化剂层14的表面和第二催化剂层16的表面同时设有凸凹结构，也可以仅是第一气体扩散层13的表面和第二气体扩散层17的表面设有凸凹结构，还可以是第一催化剂层14的表面、第二催化剂层16的表面、第一气体扩散层13的表面和第二气体扩散层17的表面均设有凸凹结构。

请参照图3，凸凹结构包括一级分形结构，一级分形结构包括多个间隔设置的一级突起21。

进一步地，凸凹结构还可包括二级分形结构，二级分形结构包括多个间隔设置的二级突起22，每个一级分形结构的表面均设有多个二级突起22。

在可选的实施方式中，相邻2个一级突起21之间的间距或相邻2个二级突起22的间距为电解过程中形成的气泡23直径的1-10倍。具体地，可以与气泡23直径相等，也可以为气泡23直径的2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍等。

在优选的实施方式中，相邻2个一级突起21之间的间距或相邻2个二级突起22的间距为电解过程中形成的气泡23直径的2-5倍，如2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍或5倍等。

在可选的实施方式中，气泡23的直径可以为0.3-3mm，如0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm、2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm或3mm等，也可以为0.3-3mm范围内的其它任意值。优选为0.5-2mm。

值得说明的是，气泡23在催化剂层表面需要快速形成，通过宏观上规则的表面分形处理，使其长大到一定尺寸范围，通过将气泡23尺寸控制在适宜大小，可使其快速脱离催化剂层。当气泡23过小，会导致其不利于扩散排出；当气泡23过大，会导致极易形成气膜覆盖电阻。本申请中将气泡23直径设置为0.3-3mm(优选0.5-2mm)有利于气泡23的脱离和聚并。

换而言之，本申请中气泡23的大小是通过各级突起的尺寸来控制，上述凸凹结构作为亲水输气结构成为本申请中分形强化手段。

本申请中，一级突起21的表面的气液接触角为30-80°，如30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°或80°等，也可以为30-80°范围内的其它任意值。上述气液接触角可通过调节一级突起21的尺寸来实现。

同理地，二级突起22的表面的气液接触角可以为30-80°，如30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°或80°等，也可以为30-80°范围内的其它任意值。上述气液接触角可通过调节二级突起22的尺寸来实现。

通过将各级突起的表面的气液接触角设置为30-80°，可使气泡23呈球形生长并上浮，形成缩颈与孔口相连，在绕流曳力作用下，气泡23沿来流方向下游生长，气泡23浮力及绕流曳力随体积增大而升高，当其合力大于表面张力及壁面黏滞力作用时，气泡23脱离，并随液态水一同排出。

值得说明的是，类似地，凸凹结构还可以根据实际需求包括设置于二级分形结构表面的三级分形结构或更多级的分形结构。

本申请中的上述凸凹结构可通过化学或物理方法制作得到，优选地，同级的突起彼此之间相对规则。

在可选的实施方式中，上述第一气体扩散层13的制作材料例如可包括膨胀筛网、烧结所得的多孔介质、毡形式存在的钛或毡形式存在的贵金属等。第二气体扩散层17的制作材料例如可包括碳质材料，如碳纸或碳布等。

上述制作材料可使气体扩散层具有固体骨架和骨架之间形成的孔隙。其中，孔隙作为介质传输通道，固体骨架用于传导电子。由此，气体扩散层可将热量从催化剂层传输至双极板(阳极板11和阴极板19)，此外，气体扩散层还对催化剂层起到一定的支撑作用。

在可选的实施方式中，第一催化剂层14和第二催化剂层16的制作材料均可包括碳载贵金属颗粒，其中，贵金属可以为本领域常用的相关贵金属材料，在此不做过多赘述。

承上，在本申请的水电解制氢装置中，催化剂层和气体扩散层表面分形处理为亲水疏气性结构(类似的，疏气材料表面的疏气气泡23形态图如图4所示；亲气材料表面的亲气气泡23形态图如图5所示)，有助于气泡23从孔口脱离，降低催化剂层和气体扩散层表面的气体覆盖率，可以促进反应产生的气泡23快速到达极板流道。

进一步地，阳极板11的朝向阴极板19的一侧表面具有第一流道12，阴极板19的朝向阳极板11的一侧表面具有第二流道18。

发明人还提出：在表面分形强化的基础上，再结合超声波强化方式电解水。表面分形主要解决的是气泡23脱离尺寸，而超声波24主要通过流体扰动产生扰流曳力，剪切气泡23(如图6所示)。在电极表面和电解质中，通过超声波24的振动剪切作用(非超声阻垢原理)对气泡23进行干预和切割，促进气泡23快速成核、快速脱离电极表面以及从电解质中迅速排出。

可参考地，本申请中超声波强化可通过以下几种方式实现：

其一，以压电材料作为阳极板11和阴极板19的制作材料；其二，以压电材料作为第一流道12和第二流道18的制作材料；其三，在第一流道12与阳极板11之间设有至少一层压电材料，并在第二流道18与阴极板19之间设有至少一层压电材料。

上述压电材料在水电解制氢装置通电条件下，可形成超声波震荡。

此外，还可通过专门的超声波发生器来产生超声波24，可参考地，超声波发生器可设置于阳极板11和阴极板19内(如内壁)。此时，阳极板11和阴极板19的制作材料可以为石墨或金属板。

承上，本申请利用的超声波技术主要是利用超声波24的快速诱导气泡23产生和剪切固体表面气泡23的作用；利用的表面分形技术主要利用表面微观构造宏观上述均匀规则的物理结构，有利于亲水疏气，减小气泡23尺寸，加速气泡23脱离，避免形成气膜电阻，增加过电势。

需要强调的是，本申请所提出的表面分形-超声波强化技术应用于电解水制氢上并非简单的技术移植，是从机理上发现上述两个技术均有利于电解制氢过程气泡23形成和快速脱离，包括超声诱导、表面分形结构的气泡23尺寸控制和超声波24推浪剪切等应用场景的新现象新作用，从而形成一套从产生到调控到分离的全过程组合技术(基本原理的指数效应的耦合)，缺一不可。上述过程可从电解制氢强化传质过程角度降低过电势，加速气体快速移出，提高电解效率。

具体的：

超声产生微射流、冲击波等对电极表面产生一定的冲击、剥离、侵蚀效应，使电极表面得以更新而保持活性。

超声作用有可能减小阳极区域扩散层和边界层厚度，使得OH^-离子更快速地送到电极表面，从而提高反应界面反应物的浓度及反应速度。

由于电解质中解离出的离子多以水合离子的形式存在，而超声波24所产生的微射流和冲击波作用破坏水合离子，使带电微粒数目增加。

超声波24在溶液中具有湍动效应，微扰效应、界面效应等，使得电离子迁移速度加快和电导增加，从而导致电极附近的电压降低。

因此表面分形和超声波24是一个先后顺序的组合技术，从产生、控制、剪切脱离等全过程形成电解气体传输(传质)强化技术。

根据阴极/阳极电解效率的不同，结合经过电极材料润湿改性的微观表面，辅助以超声波24对阴极/阳极电极板上气泡23进行不同程度的剪切控制，一方面控制生成气泡23尺寸，使其以合适直径进行切割，另一方面加速气泡23在气体扩散层中的脱除。

在可选的实施方式中，质子交换膜15为全氟磺酸质子膜。

电解过程中，液态水被引入阳极后，在催化剂层分解成分子氧、质子和电子。在阳极形成的质子通过膜迁移到阴极并被还原成分子氢。

相应地，本申请还提供了一种水电解制氢方法，采用上述水电解制氢装置进行电解制氢，可提高电解制氢过程中产生的气泡23脱离阳极板11和阴极板19的速度。

在可选的实施方式中，电解制氢过程中，超声频率为10-200kHz(如10kHz、50kHz、100kHz、150kHz或200kHz等)。超声功率可通过超声发生器确定。

上述水电解制氢方法中通过采用两种强化手段，即表面分形强化(通过在气体扩散层和催化剂层中的至少一者的表面设置凸凹结构实现)和超声波强化(通过双极板和/或流道采用压电材料或直接在双极板内部设置超声波发生器实现)，从气泡23的形成、控制、脱离等步骤进行强化，起到控制气泡23尺寸、快速剪切气泡23的作用，进而提高电解效率，降低电解能耗。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种水电解制氢装置，其包括相对设置的具有第一流道12的阳极板11和具有第二流道18的阴极板19，由阳极板11至阴极板19的方向，阳极板11和阴极板19之间依次设置第一气体扩散层13、第一催化剂层14、质子交换膜15、第二催化剂层16以及第二气体扩散层17。上述各结构的设置位置可参照现有技术。

其中，第一气体扩散层13、第二气体扩散层17、第一催化剂层14以及第二催化剂层16的相对的两侧表面(左右两侧表面)均设有凸凹结构。

上述凸凹结构包括一级分形结构和二级分形结构。一级分形结构包括多个间隔设置的一级突起21，二级分形结构包括多个间隔设置的二级突起22，每个一级分形结构的表面均设有多个二级突起22。

相邻2个一级突起21之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的10倍，相邻2个二级突起22之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的5倍。气泡23的直径为2mm。二级突起22的表面的气液接触角为60°。

第一气体扩散层13的制作材料为多孔介质，第二气体扩散层17的制作材料为碳纸。第一催化剂层14和第二催化剂层16的制作材料均为碳载Pt颗粒。阳极板11、阴极板19以及流道的制作材料均为压电材料，质子交换膜15为全氟磺酸质子膜。

实施例2

本实施例与实施例1的区别主要体现在以下部分：

相邻2个一级突起21之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的5倍，相邻2个二级突起22之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的2倍。气泡23的直径为0.5mm。二级突起22的表面的气液接触角为50°。

第一气体扩散层13的制作材料为膨胀筛网，第二气体扩散层17的制作材料为碳布。第一催化剂层14和第二催化剂层16的制作材料均为碳载Ru颗粒。

实施例3

本实施例与实施例1的区别主要体现在以下部分：

凸凹结构仅具有一级分形结构，相邻2个一级突起21之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的1倍。气泡23的直径为3mm。一级突起21的表面的气液接触角为30°。

第一气体扩散层13的制作材料为毡形式存在的钛，第二气体扩散层17的制作材料为碳布。第一催化剂层14和第二催化剂层16的制作材料均为碳载Ti颗粒。阴极板19、阳极板11的制作材料为石墨，阳极板11和阴极板19的内壁设有超声波发生器。

实施例4

本实施例与实施例3的区别主要体现在以下部分：

相邻2个一级突起21之间的间距为电解过程中形成的气泡23直径的3倍。气泡23的直径为0.3mm。一级突起21的表面的气液接触角为80°。

试验例

以实施例1-2为例，分别对应设置对比例1-2，对比例1-2较实施例1-2的区别在于：气体扩散层、催化剂层的表面不具有凸凹结构，也即电解过程中无表面分形强化(其余结构相同)。

通过在相同条件下进行电解，其结果显示：实施例1-2的电解效率可较对比例1-2提高10-30％。

以实施例3-4为例，分别对应设置对比例3-6(其中对比例3和5对应实施例3，对比例4和6对应实施例4)。对比例3-4较实施例3-4的区别在于：阳极板11、阴极板19、流道不采用压电材料或者双极板内壁未设置超声波发生器，也即电解过程中无超声波强化(其余结构相同)。对比例5-6实施例3-4的区别在于：无表面分形强化同时也无超声波强化(其余结构相同)。

其结果显示：实施例3-4的电解效率较对比例3-4提高20-50％左右，电势降低10-50％；实施例3-4的电解效率较对比例5-6提高60％左右。

由此可以看出，本申请提供的方法较现有技术能够有效提高电解效率，降低电解池能耗。

综上所述，本申请通过采用两种强化手段，即表面分形强化(通过在气体扩散层和催化剂层中的至少一者的表面设置凸凹结构实现)和超声波强化(通过双极板和/或流道采用压电材料或直接在双极板内部设置超声波发生器实现)，从气泡23的形成、控制、脱离等步骤进行强化，起到控制气泡23尺寸、快速剪切气泡23的作用，进而提高电解效率，降低电解能耗。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (18)

1.一种表面分形强化的水电解制氢装置，其特征在于，所述水电解制氢装置包括阳极板和阴极板，由所述阳极板至阴极板的方向，所述阳极板和所述阴极板之间依次设置有第一气体扩散层、第一催化剂层、质子交换膜、第二催化剂层以及第二气体扩散层；

所述第一气体扩散层的表面和所述第二气体扩散层的表面设有凸凹结构，和/或，所述第一催化剂层的表面和所述第二催化剂层的表面设有凸凹结构。

2.根据权利要求1所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述凸凹结构包括一级分形结构，所述一级分形结构包括多个间隔设置的一级突起。

3.根据权利要求2所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述一级突起的表面设有二级分形结构，所述二级分形结构包括多个间隔设置的二级突起。

4.根据权利要求3所述的水电解制氢装置，其特征在于，相邻2个所述一级突起之间的间距或相邻2个所述二级突起的间距为电解过程中形成的气泡直径的1-10倍。

5.根据权利要求4所述的水电解制氢装置，其特征在于，相邻2个所述一级突起之间的间距或相邻2个所述二级突起的间距为电解过程中形成的气泡直径的2-5倍。

6.根据权利要求5所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述气泡的直径为0.3-3mm。

7.根据权利要求6所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述气泡的直径为0.5-2mm。

8.根据权利要求4所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述一级突起或所述二级突起的表面的气液接触角为30-80°。

9.根据权利要求1-8任一项所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第一气体扩散层的制作材料包括膨胀筛网、烧结所得的多孔介质、毡形式存在的钛或毡形式存在的贵金属；

和/或，所述第二气体扩散层的制作材料包括碳质材料。

10.根据权利要求9所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述碳质材料为碳纸或碳布。

11.根据权利要求1-8任一项所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第一催化剂层和所述第二催化剂层的制作材料均包括碳载贵金属颗粒。

12.根据权利要求1-8任一项所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述阳极板的朝向所述阴极板的一侧表面具有第一流道，所述阴极板的朝向所述阳极板的一侧表面具有第二流道。

13.根据权利要求12所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板的制作材料为压电材料；或，所述第一流道和所述第二流道的制作材料为压电材料。

14.根据权利要求13所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述第一流道与所述阳极板之间设有至少一层压电材料，所述第二流道与所述阴极板之间设有至少一层压电材料。

15.根据权利要求12所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述水电解制氢装置还包括超声波发生器，所述超声波发生器设置于所述阳极板和所述阴极板内；

所述阳极板和所述阴极板的制作材料为石墨或金属板。

16.根据权利要求12所述的水电解制氢装置，其特征在于，所述质子交换膜为全氟磺酸质子膜。

17.一种水电解制氢方法，其特征在于，采用权利要求1-16任一项所述的水电解制氢装置进行电解制氢。

18.根据权利要求17所述的水电解制氢方法，其特征在于，电解制氢过程中，超声频率为10-200kHz。

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