CN115874204A - 膜电极框架组件及pem电解堆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及PEM电解技术领域，公开了一种可靠性较高的膜电极框架组件，具备：阳极框架(200)；阴极框架(100)，其贴合设置在阳极框架(200)的上端面，在阳极框架(200)或阴极框架(100)的内缘设置环形的唇缘；质子交换膜(300)，其贴合设置在阳极框架(200)及阴极框架(100)之间；第一密封垫层(110)，其贴合设置在阴极框架(100)与质子交换膜(300)之间，且第一密封垫层(110)的内缘延伸至阴极框架(100)内；第二密封垫层(210)，其贴合设置在阳极框架(200)与质子交换膜(300)之间，且第二密封垫层(210)的内缘延伸至阳极框架(200)内。
Description
技术领域
本发明涉及PEM电解技术领域，更具体地说，涉及一种膜电极框架组件及PEM电解堆。
背景技术
层叠的膜电极组件在电解堆或水电解系统是用于产生氢气和氧气的部件。通常，膜电极组件由可以通过氢离子(质子)的全氟磺酸离聚物类膜及分别堆叠在质子交换膜相对侧的阳极和阴极组成。
目前，膜电极组件对流经的水体进行电解形成氢气及氧气，持续增加的氢气在质子交换膜形成较大的气压，即，在框架组件的轴向形成较大的剪切力，通过在框架组件的内缘设置唇缘以降低剪切力在质子交换膜上的作用力，以避免质子交换膜被剪切力扯破。然而，在框架组件的内缘均设置唇缘，会增加框架组件在模具设计阶段或生产阶段的难度及产品的制造成本。
因此。如何保证质子交换膜使用的可靠性及降低框架组件的制造成本成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在框架组件的内缘均设置唇缘，会增加框架组件在模具设计阶段或生产阶段的难度及产品的制造成本的缺陷，提供一种可靠性较高的膜电极框架组件及PEM电解堆。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种膜电极框架组件，具备：
阳极框架；
阴极框架，其贴合设置在所述阳极框架的上端面，其中，
在所述阳极框架或所述阴极框架的内缘设置环形的唇缘；
质子交换膜，其贴合设置在所述阳极框架及所述阴极框架之间；
第一密封垫层，其贴合设置在所述阴极框架与所述质子交换膜之间，且所述第一密封垫层的内缘延伸至所述阴极框架内；
第二密封垫层，其贴合设置在所述阳极框架与所述质子交换膜之间，且所述第二密封垫层的内缘延伸至所述阳极框架内。
在一些实施方式中，设置唇缘的所述阳极框架与未设置唇缘的所述阴极框架层叠设置，或
设置唇缘的所述阴极框架与未设置唇缘的所述阳极框架层叠设置。
在一些实施方式中，所述第二密封垫层的框体结构大于所述阳极框架的框体。
在一些实施方式中，所述第一密封垫层的框体结构大于所述阴极框架的框体。
在一些实施方式中，所述第二密封垫层的框体结构大于所述第一密封垫层的框体结构。
在一些实施方式中，在所述阳极框架及阴极框架的端面分别形成环形的凸肋。
在一些实施方式中，在所述阳极框架上形成水体流场，
在所述阴极框架上形成气体流场，
所述水体流场与所述气体流场的流道方向相同。
在一些实施方式中，在所述阳极框架内依次层叠钛网及毡布，
所述毡布与所述质子交换膜的一端面相抵。
在一些实施方式中，在所述阴极框架内依次层叠钛网、毡布及碳布，
所述碳布与所述质子交换膜的另一端面相抵。
第二方面，本发明解决其技术问题所采用另一的技术方案是：构造一种PEM电解堆，其包括上述的膜电极框架组件。
在本发明所述的膜电极框架组件中，包括阳极框架及阴极框架，其中，在阳极框架或阴极框架的内缘设置环形的唇缘，第一密封垫层的内缘延伸至阴极框架内，第二密封垫层的内缘延伸至阳极框架内。与现有技术相比，通过在阳极框架或阴极框架的内缘设置环形的唇缘，再与第一密封垫层及第二密封垫层相配合，通过减少阳极框架的唇缘或阴极框架的唇缘，降低框架在模具设计阶段或生产阶段难度及产品的制造成本，还能保证剪切力在质子交换膜上的作用力不变。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明提供膜电极框架组件一实施例的主视图；
图2是本发明提供膜电极框架组件一实施例的分解图；
图3是本发明提供膜电极框架组件一实施例的剖视图；
图4是本发明提框架一实施例的立体图；
图5是本发明提框架一实施例的局部示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，在本发明的膜电极框架组件的第一实施例中，膜电极框架组件10包括阴极框架100、阳极框架200、质子交换膜300、第一密封垫层110及第二密封垫层120。
其中，阴极框架100形成为方形或圆形结构，且设置为中空结构，在阴极框架100上的一端面开设有多个对称设置的出气口(未图示)。
阳极框架200形成为方形或圆形结构，且设置为中空结构，在阳极框架200上的一端面开设有多个对称设置的进水/出水口(未图示)。
进一步地，阴极框架100贴合设置在阳极框架200的上端面，其中，在阳极框架200的内缘设置环形的唇缘或阴极框架100的内缘设置环形的唇缘。
可以理解为，在层叠设置的膜电极框架组件10中，仅在堆叠设置的阴极框架100或阳极框架200中的内缘设置环形的唇缘。
当阳极框架200设置环形的唇缘时，阴极框架100不设置唇缘；当阴极框架100设置环形的唇缘时，阳极框架200不设置唇缘。
具体地，质子交换膜300具有阻隔及传导质子的作用。
其制作工艺为：将含杂原子的导体聚合物单体在碳材料中氧化聚合，并磺化接枝，也可进一步金属化聚合物接技的碳材料，含碳材料可以是炭黑、石墨、纳米碳或fullerenes等。
聚合物为聚苯胺、聚吡咯等，其质子电导率为8.9×10-2S/cm(采用Nafion-磺酸聚苯胺测试)。
其中，质子交换膜300贴合设置在阳极框架200及阴极框架100之间，电解形成的氢离子可从阳极的一侧透过质子交换膜300，通入阴极一侧。
进一步地，第一密封垫层110及第二密封垫层210形成为方形或圆形结构，且设置为中空结构，均具有密封的作用。
具体地，如图3所示，第一密封垫层110贴合设置在阴极框架100及质子交换膜300之间，且第一密封垫层110的内缘延伸至阴极框架100内，以避免质子交换膜300与阴极框架100的内缘相抵接，进而降低阴极框架100内的轴向剪切力作用在质子交换膜300上。
第二密封垫层210贴合设置在阳极框架200与质子交换膜300之间，且第二密封垫层210的内缘延伸至阳极框架200内。
其中，如图3所示，阳极框架200中的内缘设置环形的唇缘201可对质子交换膜300与阳极框架200的内缘相接触侧提供轴向支撑力，进而提高质子交换膜300在膜电极框架组件10工作的可靠性。
进一步地，第一密封垫层110、第二密封垫层210及唇缘201可降低作用在质子交换膜300上的轴向剪切力，进而提高质子交换膜300在膜电极框架组件10工作的稳定性。
使用本技术方案，通过在阳极框架200或阴极框架100的内缘设置环形的唇缘，再与第一密封垫层110及第二密封垫层120相配合，通过减少阳极框架200的唇缘或阴极框架100的唇缘，进而降低框架在模具设计阶段或生产阶段难度及产品的制造成本，还可降低作用在质子交换膜300上的剪切力，或剪切力保持不变。
在一些实施方式中，为了优化膜电极框架组件10的结构，可将设置唇缘201的阳极框架200与未设置唇缘(未图示)的阴极框架100层叠设置，或设置唇缘(未图示)的阴极框架100与未设置唇缘的阳极框架200层叠设置。
可以理解为，选取阴极框架100及阳极框架200进行堆叠时，在PEM电解堆内，全部阳极框架200均设置唇缘201，阴极框架100均不设置唇缘；或全部阳极框架200均未设置唇缘201，阴极框架100均设置唇缘(未图示)，通过减少阳极框架200或阴极框架100上的唇缘，在不降低产品的可靠性的同时还降低了膜电极框架组件10的制造成本。
在一些实施方式中，为了提高质子交换膜300在膜电极框架组件10中工作的可靠性，如图3所示，可将第二密封垫层210的框体结构大于阳极框架200。具体为，第二密封垫层210的内缘延伸至阳极框架200的中空结构内，第二密封垫层210大于阳极框架200的唇缘201。
进一步地，第一密封垫层110的框体结构大于阴极框架100的框体。具体为，第一密封垫层110的内缘延伸至阴极框架100的中空结构内。
其中，第二密封垫层210的框体结构大于第一密封垫层110的框体结构的框体。
在一些实施方式中，如图5所示，为了提高膜电极框架组件10的密封性，可在阳极框架200及阴极框架100的端面分别形成环形的凸肋(对应200a及200b)。
其中，凸肋(对应200a及200b)包括第一凸肋200a及第二凸肋200b，第一凸肋200a设置在阳极框架200的内侧端面上，第二凸肋200b设置在阳极框架200的外侧端面上。
阳极框架200与阴极框架100层叠配合时，阳极框架200上的凸肋(对应200a及200b)及阴极框架100上的凸肋(未图示)分别对第一密封垫层110及第二密封垫层210进行挤压，进而提高质子交换膜300的密封性。
其中，在阳极框架200上设有对个定位孔202，在定位孔202的外缘均设有凸肋(对应202a)。
需要说明的是，阴极框架100端面上的凸肋结构与阳极框架200端面上的凸肋(对应200a及200b)相同。
在一些实施方式中，未了提高水体/气体流道设置的便捷性，如图1所示，在阳极框架200上形成水体流场(对应H2O)，在阴极框架100上形成气体流场(对应H2)，其中，水体流场(对应H2O)的进水口(未图示)及出水口(未图示)设置在阳极框架200左右相对侧。
气体流场(对应H2)的出气口(未图示)设置在阴极框架100左右相对侧，使得水体流场(对应H2O)的流道方向或与气体流场(对应H2)的流道方向相同。
在一些实施方式中，为了提高质子交换膜300在膜电极框架组件10中工作的稳定性，如图3所示，可在阳极框架200内依次层叠的钛网400e及毡布400d，其中，毡布400d与质子交换膜300的一端面相抵。
进一步地，在阴极框架100内依次层叠钛网400a、毡布400b及碳布400c，其中，碳布400c与质子交换膜300的另一端面相抵。
第二方面，本发明解决其技术问题所采用另一的技术方案是：构造一种PEM电解堆，其包括上述的膜电极框架组件10，多组层叠设置的膜电极框架组件10构成PEM电解堆的电解模组。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种膜电极框架组件，其特征在于，具备：
阳极框架；
阴极框架，其贴合设置在所述阳极框架的上端面，其中，
在所述阳极框架或所述阴极框架的内缘设置环形的唇缘；
质子交换膜，其贴合设置在所述阳极框架及所述阴极框架之间；
第一密封垫层，其贴合设置在所述阴极框架与所述质子交换膜之间，且所述第一密封垫层的内缘延伸至所述阴极框架内；
第二密封垫层，其贴合设置在所述阳极框架与所述质子交换膜之间，且所述第二密封垫层的内缘延伸至所述阳极框架内。
2.根据权利要求1所述的膜电极框架组件，其特征在于，
设置唇缘的所述阳极框架与未设置唇缘的所述阴极框架层叠设置，或
设置唇缘的所述阴极框架与未设置唇缘的所述阳极框架层叠设置。
3.根据权利要求1所述的膜电极框架组件，其特征在于，
所述第二密封垫层的框体结构大于所述阳极框架的框体。
4.根据权利要求1所述的膜电极框架组件，其特征在于，
所述第一密封垫层的框体结构大于所述阴极框架的框体。
5.根据权利要求1-4任一所述的膜电极框架组件，其特征在于，
所述第二密封垫层的框体结构大于所述第一密封垫层的框体结构。
6.根据权利要求1-4任一所述的膜电极框架组件，其特征在于，
在所述阳极框架及阴极框架的端面分别形成环形的凸肋。
7.根据权利要求1-4任一所述的膜电极框架组件，其特征在于，
在所述阳极框架上形成水体流场，
在所述阴极框架上形成气体流场，
所述水体流场与所述气体流场的流道方向相同。
8.根据权利要求1-4任一所述的膜电极框架组件，其特征在于，
在所述阳极框架内依次层叠钛网及毡布，
所述毡布与所述质子交换膜的一端面相抵。
9.根据权利要求1-4任一所述的膜电极框架组件，其特征在于，
在所述阴极框架内依次层叠钛网、毡布及碳布，
所述碳布与所述质子交换膜的另一端面相抵。
10.一种PEM电解堆，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的膜电极框架组件。
Priority Applications (1)
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| CN202210890586.8A CN115874204A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 膜电极框架组件及pem电解堆 |
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Publications (1)
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| CN115874204A true CN115874204A (zh) | 2023-03-31 |
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| CN202210890586.8A Pending CN115874204A (zh) | 2022-07-27 | 2022-07-27 | 膜电极框架组件及pem电解堆 |
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| CN (1) | CN115874204A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116516371A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-08-01 | 广东卡沃罗氢科技有限公司 | 一种pem电解槽密封结构 |
-
2022
- 2022-07-27 CN CN202210890586.8A patent/CN115874204A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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