CN113802131B - 电解系统及电极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电解系统及电极板，所述电极板的内部具有封闭的第一容纳腔，所述第一容纳腔内设置有第一相变材料。第一相变材料的相变可以吸收或释放热量，通过第一相变材料调整电解槽内温度，以使电解槽内温度始终保持的合适的范围，与现有技术中设置换热设备和加热通道相比，结构更简单且成本更低。另外，电极板内设置第一相变材料，可以防止局部热点的出现，以维持电解槽温度的稳定，延长使用寿命。

Description

电解系统及电极板
技术领域
本发明涉及电解技术领域，更具体地说，涉及一种电解系统及电极板。
背景技术
氢能是未来能源发展的重要角色。可再生能源结合水电解制氢将在未来发挥重要的作用。
水电解制氢过程中由于过电势的存在，大量电能被转化为热能，导致电解槽温度的升高。电解槽内温度过高会影响制氢效率，温度过度则无法正常启动。现有技术中，为了控制电解槽内温度会设置换热设备和加热管道，换热设备可以与电解槽内的水进行热交换以带走电解槽内热量，加热管道通过与纯水换热达到使纯水进入电解槽时不会扰乱槽温，缩短电解槽从开启到运行稳定的时间的目的。然而，如此控制水温，设备更复杂化，且成本更高。此外，换热设备和加热管道并不能改变电解槽内部的温度不均匀性，电解槽局部热点的出现同样会损害电极，降低电解槽的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种电极板，该电极板的结构设计可以使电解槽内温度保持在合适温度范围的同时降低成本且简化结构，本发明的第二个目的是提供一种包括上述电极板的电解系统。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种电极板，所述电极板的内部具有封闭的第一容纳腔，所述第一容纳腔内设置有第一相变材料；
所述第一相变材料为固液相变材料；所述第一相变材料的相变温度在90℃-150℃之间；
所述第一相变材料为六水硝酸镁、六水氯化镁或2,2-二羟甲基丙酸。
一种电解系统，包括：
电解槽和位于所述电解槽内的阳极板和阴极板，所述阳极板为如上述的电极板，所述阴极板为如上述的电极板。
优选地，上述电解系统中，还包括设置于所述阳极板和阴极板之间的电解质隔膜，所述电解质隔膜与所述阳极板之间形成阳极腔室，所述电解质隔膜与所述阴极板之间形成阴极腔室；
所述电解质隔膜内部具有第二容纳腔，所述第二容纳腔内封装有第二相变材料。
优选地，上述电解系统中，所述第二相变材料为固液相变材料；
所述第二相变材料的熔点为30℃-90℃。
优选地，上述电解系统中，所述电解质隔膜的材质为聚苯硫醚；
所述第二相变材料为石蜡。
优选地，上述电解系统中，所述电解质隔膜内部设置有多个胶囊，所述胶囊的内腔为所述第二容纳腔。
优选地，上述电解系统中，封装有所述第二相变材料的所述胶囊与熔融的所述电解质隔膜原料混合后一体成型。
优选地，上述电解系统中，所述电解质隔膜具有多个通孔，所述通孔连通所述阳极腔室和阴极腔室。
本发明提供的电极板可以用于电解水制氢。电极板的内部具有封闭的第一容纳腔，并且第一容纳腔内设置有第一相变材料。当电解槽内温度过高时，第一相变材料可以发生相变反应，迅速吸取热量，防止局部热点的出现，以维持电解槽温度的稳定，延长使用寿命。当电解槽内温度过低时，第一相变材料可以反向供热，防止受冷对电解槽温度稳定性造成冲击。
由上可知，第一相变材料的相变可以吸收或释放热量，通过第一相变材料调整电解槽内温度，以使电解槽内温度始终保持的合适的范围，与现有技术中设置换热设备和加热通道相比，结构更简单且成本更低。另外，电极板内设置第一相变材料，可以防止局部热点的出现，以维持电解槽温度的稳定，延长使用寿命。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种电解系统，该电解系统包括电解槽、阴极板和阳极板，阴极板和阳极板均为上述任一种电极板。由于上述的电极板具有上述技术效果，具有该电极板的电解系统也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例提供的电解系统的结构示意图。
在图1中：
1-阳极板、2-第一相变材料、3-电解质隔膜、4-第二相变材料、5-阳极导电柱、6-阴极导电柱、7-阴极板、8-阴极腔室、9-阳极腔室。
具体实施方式
本发明的第一个目的在于提供一种电极板，该电极板的结构设计可以使电解槽内温度保持在合适温度范围的同时降低成本且简化结构，本发明的第二个目的是提供一种包括上述电极板的电解系统。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供的电极板可以用于电解水制氢。电极板的内部具有封闭的第一容纳腔，并且第一容纳腔内设置有第一相变材料2。当电解槽内温度过高时，第一相变材料2可以发生相变反应，迅速吸取热量，防止局部热点的出现，以维持电解槽温度的稳定，延长使用寿命。当电解槽内温度过低时，第一相变材料2可以反向供热，防止受冷对电解槽温度稳定性造成冲击。
由上可知，第一相变材料2的相变可以吸收或释放热量，通过第一相变材料2调整电解槽内温度，以使电解槽内温度始终保持的合适的范围，与现有技术中设置换热设备和加热通道相比，结构更简单且成本更低。另外，电极板内设置第一相变材料2，可以防止局部热点的出现，以维持电解槽温度的稳定，延长使用寿命。
优选地，第一相变材料2为固液相变材料，即第一相变材料2发生相变时在固相和液相之间相互转变。如此设置，固液相变材料可以更迅速的吸收和释放热量，而且不必设置第一相变材料2的循环回路，避免了额外功耗。当然，第一相变材料2还可以为固气相变材料或气液相变材料，在此不作限定。其中，固气相变材料发生相变时在固相和气相之间相互转变，气液相变材料发生相变时在液相和气相之间相互转变。
可选地，第一相变材料2的相变温度在90℃-150℃之间。具体地，第一相变材料2的相变温度可以为90℃、150℃、120℃等，在此不作限定。当电解槽内的温度高于相变温度时，第一相变材料2可以迅速吸收热量；当电解槽内温度低于相变温度时，第一相变材料2可以向电解槽内供热。
进一步地，第一相变材料2可以为六水硝酸镁、六水氯化镁或2,2-二羟甲基丙酸。当然，第一相变材料2还可以为其它材料，在此不作限定。
第一容纳腔的数量可以为一个或多个。若第一容纳腔的数量为多个，则多个第一容纳腔可以均匀分布，以使第一相变材料2吸热或放热时更加均匀。
电极板的材质可以为不锈钢，当然，电极板的材质还可以为其它合金材质，在此不作限定。
如图1所示，基于上述实施例中提供的电极板，本发明还提供了一种电解系统，该电解系统包括电解槽、阴极板7和阳极板1。阴极板7和阳极板1均位于电解槽内，阴极板7和阳极板1可以相对设置，阴极板7为上述实施例中任意一种电极板，阳极板1为上述实施例中任意一种电极板。由于该电解系统采用了上述实施例中的电极板，所以该电解系统的有益效果请参考上述实施例。
电解系统还可以包括与阳极板1电连接的阳极导电柱5和与阴极板7电连接的阴极导电柱6，以使阳极板1通过阳极导电柱5与电源连接，阴极板7通过阴极导电柱6与电源连接。
在一具体实施例中，电解系统还包括设置于阳极板1和阴极板7之间的电解质隔膜3，电解质隔膜3与阳极板1之间形成阳极腔室9，电解质隔膜3与阴极板7之间形成阴极腔室8。阳极腔室9具有入口和出口，且阳极腔室9的入口位于底部，阳极腔室9的出口位于顶部。阴极腔室8具有入口和出口，且阴极腔室8的入口位于底部，阳极腔室9的出口位于顶部。
电解质隔膜3内部具有第二容纳腔，第二容纳腔内封装有第二相变材料4。如此设置，第二相变材料4也可以通过相变吸收电解槽内热量或者向电解槽内释放热量，以进一步保证电解槽温度的稳定，延长使用寿命。
上述实施例中，第二相变材料4为固液相变材料。即第二相变材料4发生相变时在固相和液相之间相互转变。如此设置，固液相变材料可以更迅速的吸收和释放热量，而且不必设置第二相变材料4的循环回路，避免了额外功耗。
当然，第二相变材料4还可以为固气相变材料或气液相变材料，在此不作限定。其中，固气相变材料发生相变时在固相和气相之间相互转变，气液相变材料发生相变时在液相和气相之间相互转变。
第二相变材料4的熔点可以为30℃-90℃。具体地，第二相变材料4的熔点可以为30℃、60℃或90℃等。由于电解槽内温度在20-90℃之间，在上述工作区间内第二相变材料4优先发生相变，第二相变材料4的溶解热为200-300 kJ/kg。当电解槽内温度过热时，比如超过90℃时，第一相变材料2才会相变以吸收多余热量。当电解槽内温度过低或者供给电能不足时，第一相变材料2发生相变输出热量，保证电解槽温度的稳定性。如此设置，第二相变材料4优先发生相变，其主要在低温区工作时进行温度调节。此外，可以延长第一相变材料2及电极板的使用寿命，电解质隔膜3比电极板更易更换维护。
优选地，电解质隔膜3的材质可以为聚苯硫醚。当然，电解质隔膜3还可以为其它材质。
第二相变材料4可以为石蜡，当然第二相变材料4还可以为其它材质，在此不作限定。
在一具体实施例中，电解质隔膜3内部设置有多个胶囊，胶囊的内腔为第二容纳腔。第二相变材料4封装在胶囊内部。如此设置，多个胶囊嵌在电解质隔膜3内部即可。
进一步地，为了便于加工，封装有第二相变材料4的胶囊与熔融的电解质隔膜3原料混合后一体成型。即胶囊与熔融的电解质隔膜3原料混合后，再一体成型，从而实现胶囊嵌在电解质隔膜3内部。当然，也可以先将电解质隔膜3成型后，再将胶囊嵌入电解质隔膜3内部，在此不作限定。
另一实施例中，电解质隔膜3内部直接设置第二容纳腔，第二容纳腔内封装的第二相变材料4直接与电解质隔膜3接触即可。
电解质隔膜3具有多个通孔，通孔连通阳极腔室9和阴极腔室8，以保证阴极和阳极之间的电子导通。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (5)

1.一种电解系统，其特征在于，包括：
电解槽和位于所述电解槽内的阳极板（1）和阴极板（7），所述阳极板（1）的内部具有封闭的第一容纳腔，所述阴极板（7）的内部具有封闭的第一容纳腔，所述第一容纳腔内设置有第一相变材料（2）；所述第一相变材料（2）为固液相变材料；所述第一相变材料（2）的相变温度在90℃-150℃之间；所述第一相变材料（2）为六水硝酸镁、六水氯化镁或2,2-二羟甲基丙酸；
还包括设置于所述阳极板（1）和阴极板（7）之间的电解质隔膜（3），所述电解质隔膜（3）与所述阳极板（1）之间形成阳极腔室（9），所述电解质隔膜（3）与所述阴极板（7）之间形成阴极腔室（8）；
所述电解质隔膜（3）内部具有第二容纳腔，所述第二容纳腔内封装有第二相变材料（4）；所述第二相变材料（4）为固液相变材料，所述第二相变材料（4）的熔点为30℃-90℃；
还包括与所述阳极板（1）电连接的阳极导电柱（5）和与所述阴极板（7）电连接的阴极导电柱（6）。
2.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，所述电解质隔膜（3）的材质为聚苯硫醚；
所述第二相变材料（4）为石蜡。
3.根据权利要求1所述的电解系统，其特征在于，所述电解质隔膜（3）内部设置有多个胶囊，所述胶囊的内腔为所述第二容纳腔。
4.根据权利要求3所述的电解系统，其特征在于，封装有所述第二相变材料（4）的所述胶囊与熔融的所述电解质隔膜（3）原料混合后一体成型。
5.根据权利要求4所述的电解系统，其特征在于，所述电解质隔膜（3）具有多个通孔，所述通孔连通所述阳极腔室（9）和阴极腔室（8）。
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