CN114318391B - 一种优化结构的新型电解槽电极板、电解单元及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种优化结构的新型电解槽电极板、电解单元及应用，其中优化结构的新型电解槽电极板，包括：包括电极框和主极板；所述电极框为环状；电极框内设有主极板，且两者同轴设置；电极框和主极板构成一个储液腔；电极框上设有液体入口流道和气液出口流道；所述主极板位于储液腔内一侧表面上靠近液体入口流道处设有入口分布器，中间设有中段流体加速器，其余部分设有若干凹凸排列的液体分布单元；液体分布单元为有一条对角线与液体流经主极板的方向平行的菱形单元。本发明所述的优化结构的新型电解槽电极板，液体流经时流速分布均匀，可加快气泡的运输和排出，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

Description

一种优化结构的新型电解槽电极板、电解单元及应用

技术领域

本发明属于电解制氢领域，尤其涉及一种优化结构的新型电解槽电极板、电解单元及应用。

背景技术

氢能是一种新型的清洁能源，氢能利用过程最终仅产生水，不会产生污染物及二氧化碳排放。因此，目前在清洁能源大发展以及“碳达峰”、“碳中和”的历史大背景下，氢能技术的发展势在必行。目前，电解水制氢是最常用也是唯一大规模商业化运行的制氢方法。电解槽的结构决定了电解液的流动分布，对电解产氢过程的效率有重要影响。目前商用的压滤式电解槽电解单元(小室)内部的主极板表面多采用凹凸相间的结构(乳凸结构)，如图1所示。该结构的设计初衷，一方面可以使两侧的极板能够以“顶对顶”的形式形成多点接触；另一方面增加了流动的扰动程度，减小流道内各处电解液的浓度差，使电解液分布更均匀。但是在实际应用中，该乳凸结构的电极板有以下缺点：

1.传统电极板无入口分布结构，碱液流入时中心位置流速大，两侧流速小，如图2所示，造成碱液流速在极板上分布显著不均(入口附近截线速度差异CV＝2.0)，降低产氢效率。

2.乳凸结构对碱液的分布作用较弱。碱液在电解单元(小室)下端流入，当遇到乳凸结构时，大部分将形成绕流而继续沿原方向流动，如图3所示。这将导致碱液在电极板截面上速度分布存在较大差异，即极板中央区域流速较大，两侧区域流速较小，则进一步导致小室内部碱液浓度的不均匀，且极板两侧区域气泡/热量不易被碱液带出，且随着电解槽尺寸的增加，碱液流速的非均匀分布越严重，将大大阻碍电解槽设备大型化的发展。

3.极板表面的凹凸结构使两侧极板为“顶对顶”接触，即并未完全接触，随着电解的进行，小室产生的大量气泡运动至凹凸顶点附近位置，将会增加电极板的接触电阻，增大电解能耗。

4.电解单元内的气泡经过凹凸结构时，有可能会被“卡”在凹陷处，增加气泡的停留时间，增加电解能耗。

5.气泡在极板产生后随着碱液向出口流动，由于近壁面处碱液流速较低，靠近壁面的气泡会附着在极板上，形成一层厚度不等的气泡层，如图4所示。壁面气泡附着阻碍了气泡的排出，并且增加了电极电阻，降低电解效率。

综上，需要设计一种新型的电极板结构，以克服现有电极板的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种优化结构的新型电解槽电极板，在主极板上液体入口流道处设置了入口分布器，可有效对流入的碱液进行重新分布，增加了流速分布的均匀性；中段流体加速器的设置，可有效提高碱液流速，起到对气泡层的清扫作用，加速气泡随碱液的排出，也有助于及时散热，提高产氢效率；若干凹凸排列的液体分布单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在主极板上的均匀分布，同时凹凸排列的液体分布单元可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

本发明的另一个目的在于提出一种电解单元。

本发明的又一个目的在于提出优化结构的新型电解槽电极板在电解水制氢领域的应用。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种优化结构的新型电解槽电极板，包括：包括电极框和主极板；所述电极框为环状；电极框内设有主极板，且两者同轴设置；电极框和主极板构成一个储液腔；电极框上设有液体入口流道和气液出口流道；所述主极板位于储液腔内一侧表面上靠近液体入口流道处设有入口分布器，中间设有中段流体加速器，其余部分设有若干凹凸排列的液体分布单元；液体分布单元为有一条对角线与液体流经主极板的方向平行的菱形单元。

本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板，在主极板上液体入口流道处设置了入口分布器，可有效对流入的碱液进行重新分布，增加了流速分布的均匀性；中段流体加速器的设置，可有效提高碱液流速，起到对气泡层的清扫作用，加速气泡随碱液的排出，也有助于及时散热，提高产氢效率；若干凹凸排列的液体分布单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在主极板上的均匀分布，同时凹凸排列的液体分布单元可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

另外，根据本发明上述实施例提出的优化结构的新型电解槽电极板还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述液体入口流道和气液出口流道相对设置，且液体入口流道和气液出口流道均沿储液腔的深度方向设置。

在本发明的一个实施例中，所述入口分布器包括若干子分布器，若干子分布器相互间隔一定间距成排设置。

在本发明的一个实施例中，若干子分布器的分布密度大于若干液体分布单元的分布密度。

在本发明的一个实施例中，相邻两排的若干子分布器交错设置。

在本发明的一个实施例中，子分布器为圆柱体结构单元、圆锥结构单元、棱柱结构单元或圆台结构单元中的一种。

在本发明的一个实施例中，所述中段流体加速器整体长度方向上的中心线与主极板的中心线重合或位于主极板的中心线与入口分布器之间。

在本发明的一个实施例中，所述中段流体加速器包括若干立方体结构，若干立方体结构成排设置，且相邻两个立方体结构之间留有间距。

在本发明的一个实施例中，相邻两个立方体结构之间的间距小于相邻两个液体分布单元之间的间距。

在本发明的一个实施例中，相邻两个立方体结构之间的间距小于或等于5mm。

在本发明的一个实施例中，若干凸起的液体分布单元间隔一定间距成排设置，若干下凹的液体分布单元间隔一定间距成排设置；成排设置的凸起的液体分布单元与成排设置的下凹的液体分布单元相互平行，且间隔设置；相邻两排的凸起的液体分布单元和下凹的液体分布单元间隔设置或位置一一对应设置。

在本发明的一个实施例中，若干液体分布单元为通过冷轧深冲的方式形成于主极板上的凸起或凹槽。

在本发明的一个实施例中，主极板内嵌于电极框的内圆周内，且两者焊接于一体。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电解单元，包括如上所述的优化结构的新型电解槽电极板和电极；所述电极自储液腔一侧覆盖在所述优化结构的新型电解槽电极板的主极板上，且电极与若干凸起的液体分布单元紧贴。

本发明实施例的电解单元，电极与若干凸起的液体分布单元紧贴，可以实现“面与面”的紧密接触，避免了气泡经过时导致的接触电阻的增大。

在本发明的一个实施例中，所述电极为镍网。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了如上所述的优化结构的电解槽电极板在电解水制氢领域的应用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是传统电解槽乳凸结构的电极板。

图2是传统极板入口附近截线上y方向速度分布图。

图3是碱液流经乳凸结构前后流向分布示意图。

图4是气泡在传统电极板上附着的状态图。

图5是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板的立体图(相邻两排液体分布单元位置一一对应设置)。

图6是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板的俯视图(相邻两排液体分布单元位置一一对应设置)。

图7是图6中入口分布器部位的放大图。

图8是图6中中段流体加速器部位的放大图。

图9是图6中A-A方向的剖视图。

图10是图6中B-B方向的剖视图。

图11是图6中C-C方向的剖视图。

图12是图6中D-D方向的剖视图。

图13是图6中E-E方向的剖视图。

图14是图6中H-H方向的剖视图。

图15是根据本发明另一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板的俯视图(相邻两排液体分布单元间隔设置)。

图16是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板中液体分布单元采用菱形单元时其附近流场速度矢量图。

图17是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板流场模拟的结果。

图18是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板入口分布器附近液体入口流道入口截线上y方向速度分布图。

图19是根据本发明一个实施例的优化结构的新型电解槽电极板使用时的结构图(也是根据本发明一个实施例的电解单元沿液体分布器、中段加速器的纵向剖面结构图)。

附图标记：

1-电极框；2-主极板；3-液体入口流道；4-气液出口流道；5-入口分布器；501-子分布器；6-中段流体加速器；601-立方体结构；7-储液腔；8-液体分布单元；9-电极。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板、电解单元。

如图5、图6、图9、图13、图14所示，本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板，包括：包括电极框1和主极板2；电极框1为环状；电极框1内设有主极板2，且两者同轴设置；电极框和主极板构成一个储液腔7；电极框1上设有液体入口流道3和气液出口流道4；主极板2位于储液腔7内一侧表面上靠近液体入口流道3处设有入口分布器5，中间设有中段流体加速器6，其余部分设有若干凹凸排列的液体分布单元8。液体分布单元8为有一条对角线与液体流经主极板2的方向平行的菱形单元。

可以理解的是，电解水制氢时，碱液自液体入口流道进入，并在流经主极板时，从若干液体分布单元的间隙中均匀流过，由于若干液体分布单元凹凸排列，故可以在沿平行于主极板表面的方向起到均匀分布作用，而由于与液体分布单元有的凸起，有的下凹，则当碱液流经主极板时，还可以起到沿垂直于主极板表面方向对流体的扰动。

本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板，在主极板上液体入口流道处设置了入口分布器，可有效对流入的碱液进行重新分布，增加了流速分布的均匀性；中段流体加速器的设置，可有效提高碱液流速，起到对气泡层的清扫作用，加速气泡随碱液的排出，也有助于及时散热，提高产氢效率；若干凹凸排列的液体分布单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在主极板上的均匀分布，同时凹凸排列的液体分布单元可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

在本发明的一个实施例中，如图5和图6所示，液体入口流道3和气液出口流道4相对设置，且液体入口流道3和气液出口流道4均沿储液腔7的深度方向设置，并与储液腔7连通(如图14所示)。需要说明的是，液体入口流道3和气液出口流道4均设在电极框1远离主极板位于储液腔7内一侧的表面上。

在本发明的一个实施例中，如图5-7所示，入口分布器5包括若干子分布器501，若干子分布器501相互间隔一定间距成排设置。若干子分布器501可以排列多排，根据主极板尺寸，可自液体入口流道至中段流体加速器方向设置3-6排不等。需要说明的是，若干子分布器501也可以只设置一排，但那样对流经主极板的液体分布作用会相对减弱。

在本发明的一个实施例中，子分布器501可以选择圆柱体结构单元、圆锥结构单元、棱柱结构单元或圆台结构单元中的一种，但经计算，圆柱体结构单元阵列构成的入口分布器阻力较低，分布效果也更好，因此，子分布器优选圆柱体结构单元，如图7所示。具体的，子分布器501可以选择圆柱体状、圆锥状、棱柱状或圆台状的凸起，当然，优选圆柱状的凸起。需要说明的是，若干子分布器的高度(或者长度)不能超过储液腔的深度，其沿储液腔深度方向的高度(或者长度)可以小于或者等于凸起的液体分布单元沿储液腔深度方向的高度(或者长度)。此外，如图5-7所示，入口分布器的若干子分布器应尽量排满主极板宽度。

在本发明的一个实施例中，如图5和图6所示，为了能对流入液体(比如碱液)起到良好的分布作用，若干子分布器501需密集排列，其分布密度需大于若干液体分布单元8的分布密度。较佳的，相邻两排的若干子分布器501交错设置，相较位置一一对应设置，可以起到更好的分布作用。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，中段流体加速器6整体长度方向上的中心线与主极板2的中心线重合或位于主极板2的中心线与入口分布器5之间，并以接近主极板2的中心线为最优结构。

在本发明的一个实施例中，如图5、图6和图8所示，中段流体加速器6包括若干立方体结构601，立方体结构可以是长方体或正方体状的凸起。若干立方体结构601成排设置，且相邻两个立方体结构601之间留有间距(也即狭缝)，该间距小于相邻两个液体分布单元8之间的间距。为了保证对液体(比如碱液)加速的有效性，相邻两个立方体结构601之间的间距需小于或等于5mm。液体(比如碱液)流过时，由于相邻两个立方体结构601之间的狭缝截面积急剧减小，因此流速将大幅增加，起到对气泡层清扫的作用，有助于加速气泡随液体(比如碱液)的排出(如图17所示)。模拟结果显示，经过中段流体加速器后，狭缝处碱液流速可达原先的2倍以上。需要说明的是，相邻两个立方体结构之间的间距越窄加速效果越明显，但压降(能量损失)越大，实际中可根据流量进行调节。此外，若干立方体结构的高度(或者长度)不能超过储液腔的深度，其沿储液腔深度方向的高度(或者长度)可以小于或者等于凸起的液体分布单元沿储液腔深度方向的高度(或者长度)。

在本发明的一个实施例中，如图5、图6、图9-12所示，若干凸起的液体分布单元8间隔一定间距成排设置，若干下凹的液体分布单元8间隔一定间距成排设置；成排设置的凸起的液体分布单元8与成排设置的下凹的液体分布单元8相互平行，且间隔设置。需要说明的是，“凸起”和“下凹”是相对的，都是相对于主极板表面而言，前者是指向靠近储液腔一侧分布，后者是指向远离储液腔一侧分布。凸起的液体分布单元可以设置多排，下凹的液体分布单元也可以设置多排，它们各自设置的排数以主极板的尺寸大小为准，主极板尺寸越大，排数越多，反之，则越少。但需要保证每一排凸起的液体分布单元两侧均紧邻一排下凹的液体分布单元。

在本发明的一个实施例中，相邻两排的凸起的液体分布单元8和下凹的液体分布单元8间隔设置(如图15所示)或位置一一对应设置(如图5和图6所示)。相邻两排的凸起的液体分布单元和下凹的液体分布单元间隔设置，也即每个凸起的液体分布单元均与其相邻的下凹的液体分布单元间隔设置。相邻两排的凸起的液体分布单元和下凹的液体分布单元位置一一对应设置，也即相邻两排的位置相对应的凸起的液体分布单元和下凹的液体分布单元位于同一列，如图11和图12所示。相邻两排液体分布单元之间的间距与同一排相邻两个液体分布单元之间的间距可以相等，也可以不等，但优选相邻两排液体分布单元之间的间距与同一排相邻两个液体分布单元之间的间距相等。属于同一排的两个凸起的液体分布单元之间的间距与属于同一排的两个下凹的液体分布单元的间距相等。

在本发明的一个实施例中，若干液体分布单元8为通过冷轧深冲的方式形成于主极板上的凸起或凹槽。可以理解的是，通过冷轧深冲的方式在主极板相对的两侧分别加工，当在冲压的一侧形成下凹的液体分布单元时，即在另一侧形成凸起的液体分布单元，反之亦然，这样就在主极板表面形成若干凹凸排列的液体分布单元。

需要说明的是，如图6所示，液体分布单元8为菱形单元，模拟结果表明(图16)，菱形单元可有效增加碱液的横向分布，加速主极板两侧部分碱液流动，促进了碱液在主极板上速度的均匀分布。更好的，若干液体分布单元8为通过冷轧深冲的方式形成于主极板2上的菱形凸起或菱形凹槽。液体分布单元8其中一条对角线与液体(比如碱液)流经主极板2的方向平行，可以理解的是，由于液体分布单元为菱形，其另一条对角线势必与液体流经主极板的方向垂直。液体分布单元8的边长可根据主极板直径选择，但需保证主极板直径长度上分布最少15个液体分布单元8，由此可计算出液体分布单元8(也即菱形单元)的尺寸。比如，在一些实施例中，液体分布单元8的边长在5-20mm之间。此外，若干液体分布单元8的两条对角线长度可以一致，也可不同，但为了保证良好的分布效果，若干液体分布单元8中与流经主极板的液体流动方向平行的对角线的长度需是液体分布单元8自身另一条对角线长度的1-1.5倍。当液体分布单元8的两条对角线长度相等时，液体分布单元8中，与流经主极板的液体流动方向平行的对角线与其相邻的两条边夹角为45°，也即液体分布单元8为正方形。

在本发明的一个实施例中，如图5和图6所示，主极板2内嵌于电极框1的内圆周内，且两者焊接于一体。在本发明的一个实施例中，电极框1可以采用钢制电极框，主极板2可以采用钢板。

使用时，本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板与自储液腔7一侧覆盖其上的镍网材质电极9(镍网材质电极9覆盖在主极板2上，且镍网材质电极与主极板上若干凸起的液体分布单元紧贴)，紧固形成相应的电解小室(电解单元)，如图19所示。原料碱液通过碱液入口流道3流入，在电解单元内发生电解反应生成氢气或氧气，之后碱液与气体的混合物从气液出口流道4流出，进入下一工段。整个工作过程中，入口分布器，可有效对流入的碱液进行重新分布，增加了流速分布的均匀性；中段流体加速器，可有效提高碱液流速，起到对气泡层的清扫作用，加速气泡随碱液的排出，也有助于及时散热，提高产氢效率；凹凸排列的液体分布单元对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在主极板上的均匀分布；同时，凹凸排列的液体分布单元，可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。此外，镍网材质电极与主极板上若干凸起的液体分布单元紧贴，可实现镍网材质电极与主极板2“面与面”的紧密接触，避免了气泡经过时导致的接触电阻的增大。

本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板可用于电解水制氢领域，比如用于电解单元、电解制氢系统等。

如图19所示，一种电解单元，包括上述实施例的优化结构的新型电解槽电极板和电极9；电极9自储液腔7一侧覆盖在优化结构的新型电解槽电极板的主极板2上，且电极9与若干凸起的液体分布单元8紧贴；电极9可以采用金属网，优选为镍网。

本发明实施例的电解单元，电极与主极板上的若干凸起的液体分布单元紧贴，可实现电极与主极板2“面与面”的紧密接触，避免了气泡经过时导致的接触电阻的增大。

下面结合附图5-14和图16-19给出本发明实施例一个较佳的实施方式。

如图5-14所示，一种优化结构的新型电解槽电极板，包括环状的钢制电极框1，电极框1内圆周内焊接有主极板2，主极板2为钢板。主极板2和电极框1均与水平面平行设置，且主极板2的上表面与电极框1侧壁构成储液腔7。如图5和图6所示，电极框1顶部相对的两侧分别开有液体入口流道3和气液出口流道4，液体入口流道3和气液出口流道4均为圆柱和长方体组合图形，紧邻储液腔7一侧为长方体状。液体入口流道3和气液出口流道4的长方体状部分的深度均自电极框1顶部延伸至主极板2的上表面，圆柱状部分的深度均自电极框1顶部延伸至电极框1底部，液体入口流道3和气液出口流道4的长度均自电极框1中间部位延伸至储液腔7，与储液腔7连通(如图14、图5、图6所示)。

如图5、图6、图9和图13所示，电极板2上表面靠近液体入口流道3处设有入口分布器5，中间设有中段流体加速器6，其余部分设有若干凹凸排列的液体分布单元8。

如图7所示，入口分布器5由若干密集排列的子分布器501构成，若干子分布器501均为圆柱体结构单元，具体来说是通过冷轧深冲的方式形成于主极板2表面的若干圆柱状的凸起；若干子分布器501相互间隔一定间距成排设置，共设置有3排，且3排子分布器501均沿各自所在排主极板2相应位置的整个宽度方向设置。相邻两个子分布器之间的间距小于相邻两个液体分布单元之间的间距。子分布器(也即圆柱状凸起)的直径也可根据实际情况，从5-20mm之间选择。相邻两个子分布器(也即圆柱状凸起)圆心距略大于子分布器的直径，具体来说：位于同一排的相邻两个子分布器(也即圆柱状凸起)圆心距为1.25-1.5倍的子分布器(也即圆柱状凸起)的直径。相邻两排子分布器501错落排列(也即间隔设置)，即前一排子分布器的圆柱中心位于后一排相邻两个子分布器圆柱圆心连线的中垂线上。相邻两排子分布器(也即圆柱状凸起)的圆心连线距离也为1.25-1.5倍的子分布器的直径。模拟结果表明(图18)，该入口分布器可大幅提高碱液入口流速分布的均匀性(入口附近截线速度差异CV＝0.78)。

如图8所示，中段流体加速器6整体长度方向上的中心线与主极板2的中心线重合。中段流体加速器6包括若干立方体结构601，若干立方体结构601成排设置，且相邻两个立方体结构601之间留有间距。若干立方体结构为通过冷轧深冲方式形成于主极板2表面的若干长方体状凸起，长方体状凸起的宽度为1-1.5倍液体分布单元的宽度，长方体状凸起长度为其宽度的5倍。若干立方体结构601之间的间距小于相邻两个液体分布单元8之间的间距，为1-1.5mm。

如图6所示，若干凹凸排列的液体分布单元8均匀分布，具体来说，在入口分布器5和中段流体加速器6之间，从紧邻入口分布器5一侧开始，主极板2表面依次设置第一排凸起的液体分布单元8、第一排下凹的液体分布单元8、第二排凸起的液体分布单元8、第二排下凹的液体分布单元8……这样成排设置的凸起的液体分布单元8与下凹的液体分布单元8间隔且平行设置，直至紧邻中段流体加速器6一侧；每一排下凹的液体分布单元8均由间隔一定间距设置的若干下凹的液体分布单元8构成，每一排凸起的液体分布单元8均由间隔一定间距设置的若干凸起的液体分布单元8构成，相邻两排液体分布单元8的间距等于同一排中相邻两个液体分布单元8之间的间距，均为相邻两个子分布器501之间间距的2倍；相邻两排凸起的液体分布单元8和下凹的液体分布单元8位置一一对应设置。若干液体分布单元8为通过冷轧深冲的方式形成于主极板2上的菱形凸起或菱形凹槽，若干液体分布单元8均有一条对角线与流经主极板的液体流动方向平行设置；若干液体分布单元8中，与流经主极板的液体流动方向平行的对角线的长度和菱形单元自身另一条对角线长度相等，且与流经主极板的液体流动方向平行的对角线和其相邻的两条边夹角为45°。在中段流体加速器6和气液出口流道4之间，若干凹凸排列的液体分布单元8的设置情形与在入口分布器5和中段流体加速器6之间类似。需要说明的是，中段流体加速器6两侧紧邻的液体分布单元8均为下凹的液体分布单元。

如图9、图13所示，入口分布器5的上表面、中段流体加速器6的上表面基本平齐，两者均略低于液体分布单元8的上表面，也即入口分布器5和中段流体加速器6的高度基本相等，它们略小于液体分布单元8的高度，高度差可以在1-2mm之间。

使用时，本发明实施例的优化结构的新型电解槽电极板与自储液腔7一侧覆盖其上的镍网材质电极9(镍网材质电极9覆盖在主极板2上，且镍网材质电极与主极板上若干凸起的液体分布单元紧贴)，紧固形成相应的电解小室(电解单元)，如图19所示。原料碱液通过碱液入口流道3流入，在电解单元内发生电解反应生成氢气或氧气，之后碱液与气体的混合物从气液出口流道4流出，进入下一工段。整个工作过程中，入口分布器，可有效对流入的碱液进行重新分布，增加了流速分布的均匀性；中段流体加速器，可有效提高碱液流速，起到对气泡层的清扫作用，加速气泡随碱液的排出，也有助于及时散热，提高产氢效率；凹凸排列的液体分布单元对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在主极板上的均匀分布；同时，凹凸排列的液体分布单元，可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。此外，由于主极板水平设置，菱形的液体分布单元顶部为水平结构，镍网材质电极与主极板若干凸起的液体分布单元紧贴，实现镍网材质电极与主极板2“面与面”的紧密接触，避免了气泡经过时导致的接触电阻的增大。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种优化结构的电解槽电极板，其特征在于，包括：包括电极框(1)和主极板(2)；

所述电极框(1)为环状；电极框(1)内设有主极板(2)，且两者同轴设置；电极框(1)和主极板(2)构成一个储液腔(7)；电极框(1)上设有液体入口流道(3)和气液出口流道(4)；

所述主极板(2)位于储液腔(7)内一侧表面上靠近液体入口流道(3)处设有入口分布器(5)，中间设有中段流体加速器(6)，其余部分设有若干凹凸排列的液体分布单元(8)；液体分布单元(8)为有一条对角线与液体流经主极板(2)的方向平行的菱形单元；

所述液体入口流道(3)和气液出口流道(4)相对设置；

所述入口分布器(5)包括若干子分布器(501)，若干子分布器(501)相互间隔一定间距成排设置；若干子分布器(501)的分布密度大于若干液体分布单元(8)的分布密度；

相邻两排的若干子分布器(501)交错设置；

子分布器(501)为圆柱体结构单元、圆锥结构单元、棱柱结构单元或圆台结构单元中的一种；

所述中段流体加速器(6)包括若干立方体结构(601)，若干立方体结构(601)成排设置，且相邻两个立方体结构(601)之间留有间距；

相邻两个立方体结构(601)之间的间距小于相邻两个液体分布单元(8)之间的间距。

2.根据权利要求1所述的优化结构的电解槽电极板，其特征在于，液体入口流道(3)和气液出口流道(4)均沿储液腔(7)的深度方向设置。

3.根据权利要求1所述的优化结构的电解槽电极板，其特征在于，所述中段流体加速器(6)整体长度方向上的中心线与主极板(2)的中心线重合或位于主极板(2)的中心线与入口分布器(5)之间。

4.根据权利要求1所述的优化结构的电解槽电极板，其特征在于，相邻两个立方体结构(601)之间的间距小于或等于5mm。

5.根据权利要求1所述的优化结构的电解槽电极板，其特征在于，若干凸起的液体分布单元(8)间隔一定间距成排设置，若干下凹的液体分布单元(8)间隔一定间距成排设置；成排设置的凸起的液体分布单元(8)与成排设置的下凹的液体分布单元(8)相互平行，且间隔设置；相邻两排的凸起的液体分布单元(8)和下凹的液体分布单元(8)间隔设置或位置一一对应设置。

6.根据权利要求1或5所述的优化结构的电解槽电极板，其特征在于，若干液体分布单元(8)为通过冷轧深冲的方式形成于主极板上的凸起或凹槽；

和/或，主极板(2)内嵌于电极框(1)的内圆周内，且两者焊接于一体。

7.一种电解单元，其特征在于，包括如权利要求1至6任意一项所述的优化结构的电解槽电极板和电极(9)；所述电极(9)自储液腔(7)一侧覆盖在所述优化结构的电解槽电极板的主极板(2)上，且电极(9)与若干凸起的液体分布单元(8)紧贴；

和/或，所述电极(9)为镍网。

8.如权利要求1至6任意一项所述的优化结构的电解槽电极板在电解水制氢领域的应用。

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