CN117317280A - 水电解隔板和电化学装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种水电解隔板和电化学装置。水电解隔板包括第一板构件，该第一板构件具有被构造成限定与膜电极组件(MEA)发生反应的反应区域的反应部。第一板构件具有与反应部间隔开的第一歧管流路和从第一歧管流路的边缘延伸并限定第一连接通道的第一通道图案，第一连接通道被构造成连接反应部和第一歧管流路。水电解隔板包括第二板构件，第二板构件堆叠在第一板构件上并覆盖第一连接通道，并包括与反应部相对应的贯通部和与第一歧管流路相对应的第二歧管流路。水电解隔板包括被构造成密封第一板构件和第二板构件之间的部分的密封构件。

Description

水电解隔板和电化学装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年6月24日在韩国知识产权局提交的申请号为10-2022-0077853的韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种水电解隔板和电化学装置，更具体地，涉及一种能够提高安全性和可靠性并简化电化学装置的结构和密封构件的制造工艺的水电解隔板和电化学装置。
背景技术
由于全球变暖和化石燃料的匮乏对替代能源的研究和开发的需求不断增加。氢能作为解决环境和能源问题的实用性的解决方案受到关注。
特别地，由于氢的特性为具有高能量密度并适合在电网规模(grid-scale)应用，因此氢作为未来的能量载体备受关注。
水电解堆是一种电化学装置，是指通过电化学分解水产生氢和氧的装置。水电解堆可以通过串联堆叠数十或数百个水电解电池(单元电池)来配置。
水电解电池可以包括膜电极组件(MEA)和分别堆叠在膜电极组件的两个相对表面上的隔板(阳极隔板和阴极隔板)。
发明内容
本公开致力于提供一种水电解隔板和电化学装置，其能够提高安全性和可靠性，并简化电化学装置的结构和密封构件的制造工艺。
特别地，本公开致力于在确保对象流体在连接通道中的稳定流动(流动效率)的同时简化结构和制造工艺，其中连接通道将通过隔板的歧管流路引入的对象流体引导到反应部。
其中，本公开致力于在防止连接通道被堵塞的同时简化制造密封构件的工艺。
本公开致力于通过利用具有相同结构的单一类型的隔板来实现阴极隔板和阳极隔板两者。
本公开致力于提高生产率和生产效率并降低制造成本。
实施例要达到的目的不仅限于上述目的，而是还包括从下面描述的方案或实施例中可以理解的目的或效果。
本公开的实施例提供一种水电解隔板，其包括第一板构件，第一板构件具有被构造成限定与膜电极组件(MEA)发生反应的反应区域的反应部。第一板构件还具有与反应部间隔开的第一歧管流路和从第一歧管流路的边缘延伸并被构造成限定第一连接通道的第一通道图案，第一连接通道被构造成连接反应部和第一歧管流路，使得反应部和第一歧管流路彼此连通。水电解隔板还具有堆叠在第一板构件上并覆盖第一连接通道的第二板构件。第二板构件包括与反应部相对应的贯通部和与第一歧管流路相对应的第二歧管流路。水电解隔板还具有被构造成密封第一板构件和第二板构件之间的部分的密封构件。
根据本公开的实施例，第一通道图案可以包括被构造成限定在反应部和第一歧管流路之间的第一连接通道的第一突起图案，并可以包括被构造成在与第一歧管流路交叉的同时连接第一板构件和第一突起图案的第一连接图案。
根据本公开的实施例，第一通道图案可以通过部分加工第一板构件的一部分而与第一板构件一体形成。
根据本公开的实施例，密封构件可以包括：边缘密封部，沿第一板构件的边缘设置；以及通道密封部，沿第一通道图案设置并连接到边缘密封部。
根据本公开的实施例，通道密封部可以被设置成与边缘密封部一起形成单一的一体式结构。
根据本公开的实施例，第一歧管流路可以分别设置在第一板构件的一端(例如，第一端)和另一端(例如，第二端)，反应部位于第一板构件的一端和另一端之间。第一歧管流路可以相对于通过第一板构件的中心的水平参考线对称。
根据本公开的实施例，反应部的反应表面可以形成为平坦的。
根据本公开的实施例，水电解隔板可以包括设置在反应部的反应表面上的反应图案。
根据本公开的实施例，第二板构件可以包括第二通道图案，第二通道图案从第二歧管流路的边缘延伸并被构造成限定第二连接通道，第二连接通道被构造成连接反应部和第二歧管流路，使得反应部和第二歧管流路彼此连通。第二连接通道可以与第一连接通道连通。
根据本公开的实施例，第二通道图案可以包括被构造成限定在反应部和第二歧管流路之间的第二连接通道的第二突起图案，并可以包括被构造成在与第二歧管流路交叉的同时连接第二板构件和第二突起图案的第二连接图案。
根据本公开的实施例，第二通道图案可以通过部分加工第二板构件的一部分而与第二板构件一体形成。
本公开的另一实施例提供一种电化学装置，包括：膜电极组件(MEA)；传质层，分别堆叠在膜电极组件的两个相对表面上；以及隔板，分别堆叠在传质层上。每个隔板包括第一板构件，第一板构件具有被构造成限定与膜电极组件(MEA)发生反应的反应区域的反应部。第一板构件还具有与反应部间隔开的第一歧管流路和从第一歧管流路的边缘延伸并被构造成限定第一连接通道的第一通道图案，第一连接通道被构造成连接反应部和第一歧管流路，使得反应部和第一歧管流路彼此连通。每个隔板还包括堆叠在第一板构件上并具有与反应部相对应的贯通部和与第一歧管流路相对应的第二歧管流路的第二板构件。每个隔板还具有被构造成密封第一板构件和第二板构件之间的部分的密封构件。
根据本公开的实施例，密封构件可以包括：边缘密封部，沿第一板构件的边缘设置；以及通道密封部，沿第一通道图案设置并连接到边缘密封部。特别地，通道密封部可以设置成与边缘密封部一起形成单一的一体式结构。
根据本公开的实施例，第一通道图案可以包括被构造成限定在反应部和第一歧管流路之间的第一连接通道的第一突起图案，并可以包括被构造成在与第一歧管流路交叉的同时连接第一板构件和第一突起图案的第一连接图案。
根据本公开的实施例，反应部的反应表面可以形成为平坦的，并且传质层可以通过贯通部并与反应表面紧密接触。
根据本公开的实施例，电化学装置可以包括设置在反应部的反应表面上的反应通道，并且传质层可以通过贯通部并与反应通道紧密接触。
根据本公开的实施例，第二板构件可以包括第二通道图案，第二通道图案从第二歧管流路的边缘延伸并被构造成限定第二连接通道，第二连接通道被构造成连接反应部和第二歧管流路，使得反应部和第二歧管流路彼此连通。第二连接通道可以与第一连接通道连通。
根据本公开的实施例，第二通道图案可以包括被构造成限定在反应部和第二歧管流路之间的第二连接通道的第二突起图案，并可以包括被构造成在与第二歧管流路交叉的同时连接第二板构件和第二突起图案的第二连接图案。
根据本公开的实施例，电化学装置可以包括设置在隔板的面向膜电极组件的一个表面上的垫圈构件。垫圈构件可以被构造成密封膜电极组件和隔板之间的部分。电化学装置还可以包括设置在隔板的另一表面上的单元电池垫圈构件以及设置在隔板的另一表面上的导电构件。
附图说明
图1是根据本公开的实施例的电化学装置的视图。
图2是根据本公开的实施例的图1的电化学装置的剖面图。
图3是根据本公开的实施例的电化学装置的一部分的视图。
图4是根据本公开的实施例的电化学装置的第一板构件的视图。
图5是根据本公开的实施例的电化学装置的第二板构件的视图。
图6是根据本公开的实施例的电化学装置的第一连接流路和第二连接流路的视图。
图7是根据本公开的实施例的电化学装置的隔板的变型例的视图。
图8是根据本公开的实施例的电化学装置的反应通道的视图。
图9是根据本公开的实施例的电化学装置的单元电池垫圈构件和导电构件的视图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述本公开的实施例。
然而，本公开的技术思想不限于本文描述的实施例，而是可以以各种不同的形式实现。在本公开的技术思想的范围内，可以选择性地组合和替换实施例中的构成元件中的一个或多个。
另外，除非另有具体和明确的定义和说明，否则本公开的实施例中使用的术语(包括技术术语和科学术语)应理解为具有本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义。诸如字典中定义的术语等常用术语的含义可以考虑相关技术的上下文含义来解释。
另外，本公开的实施例中所使用的术语是为了解释实施例，并不用于限制本公开。
在本说明书中，除非另有特别说明，否则单数形式还可以包括复数形式。表述“A、B和C中的至少一种(或一种或多种)”可以包括可以通过组合A、B和C而形成的所有组合中的一种或多种。
另外，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)的术语来描述本公开的实施例的构成元件。
这些术语仅用于将一个构成元件与另一个构成元件区分开来。构成元件的性质、顺序或次序不受术语的限制。
此外，当一个构成元件被描述为“连接”、“联接”或“附接”到另一个构成元件时，一个构成元件可以直接连接、联接或附接到另一个构成元件或通过插入其间的又一个构成元件连接、联接或附接到另一个构成元件。
另外，“一个构成元件提供或设置在另一个构成元件的上方(上)或下方(下)”不仅包括两个构成元件彼此直接接触的情况，而且包括在两个构成元件之间提供或设置一个或多个其它构成元件的情况。表述“上方(上)或下方(下)”可以指一个构成元件的向上方向以及向下方向。当本公开的组件、装置、元件等被描述为具有目的或执行操作、功能等时，组件、装置或元件在本文中应被视为“被配置为”满足该目的或执行该操作或功能。
参照图1-9，根据本公开的实施例的电化学装置10包括：膜电极组件(MEA)110；传质层120和130，分别堆叠在膜电极组件110的两个相对表面上；以及隔板200，分别堆叠在传质层120和130上。隔板200包括第一板构件210、第二板构件220和密封构件230。第一板构件210包括反应部212，反应部212被构造成限定与膜电极组件110进行或发生反应的反应区域。第一板构件210还包括与反应部212间隔开的第一歧管流路214和从第一歧管流路214的边缘延伸并被构造成限定第一连接通道216a的第一通道图案(first channel patterns)216，第一连接通道216a被构造成连接反应部212和第一歧管流路214，使得反应部212和第一歧管流路214彼此连通。第二板构件220堆叠在第一板构件210上并且包括与反应部212相对应的贯通部222和与第一歧管流路214相对应的第二歧管流路224。密封构件230密封第一板构件210和第二板构件220之间的部分。
这是为了提高电化学装置的安全性和可靠性并简化电化学装置的结构和制造电化学装置的工艺。
换言之，为了确保水电解堆的性能、安全性和可靠性，需要确保对象流体沿连接通道流动的流路面积，并确保对象流体的稳定流动。
然而，在现有技术中，当设置为覆盖连接通道的垫圈膨胀时，连接通道被垫圈堵塞。在这种情况下，难以充分确保对象流体的流路(连接通道的流路的截面积)，从而具有引起对象流体的流动效率降低的问题。
另外，在现有技术中，已经提出了一种在反应部和歧管流路之间的边界处形成孔形式而不是凹槽(具有开口部的凹槽)形式的连接通道以防止连接通道被垫圈堵塞的方案。然而，由高强度材料(例如钛)制成的隔板需要用钻头等刺穿，以在反应部和歧管流路之间的边界处形成孔形式的连接通道。因此，存在制造工序复杂且不方便、生产率和生产效率降低以及成本增加的问题。
相比之下，在本公开的实施例中，每个都以孔(在所有方向上封闭的孔)的形式设置的第一连接通道可以设置在彼此堆叠的第一板构件和第二板构件之间，使得第一连接通道可以与被构造成密封隔板和反应层(膜电极组件)之间的部分的垫圈构件在空间上分离。因此，可以获得防止连接通道被膨胀的垫圈构件堵塞的有益效果以及确保对象流体的稳定流动(流动效率)的有益效果。
其中，在本公开的实施例中，可以通过堆叠第一板构件和第二板构件而不执行单独的钻孔工艺来形成孔的形式的第一连接通道。因此，可以获得简化制造工艺以及提高生产率和生产效率的有益效果。
此外，在本公开的实施例中，可以设置从第一歧管流路的边缘延伸的第一通道图案，使得密封构件不仅可以连续地形成到第一板构件的边缘，而且可以连续地形成到第一通道流路的外围。因此，可以获得降低成本以及简化密封构件的结构和制造密封构件的工艺的有益效果。
换言之，如果第一通道图案与第一板构件的边缘间隔开，则需要分别在第一板构件的边缘和第一通道流路的外围设置密封件来密封第一板构件与第二板构件之间的部分。为此，存在结构和制造工艺繁琐和复杂的问题。
相比之下，在本公开的实施例中，第一板构件的边缘和第一通道流路的外围可以通过第一通道图案连接，使得密封构件可以通过单一工艺(注塑成型工艺)制造以密封第一板构件的边缘和第一通道流路的周边。因此，可以获得降低成本以及简化密封构件的结构和制造密封构件的工艺的有益效果。
作为参考，根据所需条件和设计规范，根据本公开的实施例的电化学装置10可以用于在各种反应流体之间产生电化学反应。本公开不受到用于电化学装置10的反应流体的类型和性质的局限或限制。
例如，根据本公开的实施例的电化学装置10可以用作通过电化学反应分解水来产生氢和氧的水电解堆。
水电解堆(电化学装置)可以通过在参考堆叠方向(例如，基于图1的向上/向下方向)上堆叠多个单元电池来配置。
更具体地，单元电池可以包括反应层100和分别堆叠在反应层100的两个相对表面上的隔板200。水电解堆可以通过在参考堆叠方向上堆叠多个单元电池然后将端板(未示出)组装到多个单元电池的相对两端来配置。
反应层100可以具有能够发生反应流体(例如，水)的电化学反应的各种结构。本公开不受反应层100的类型和结构的局限或限制。
例如，反应层100可以包括膜电极组件(MEA)110以及堆叠在膜电极组件110上的传质层120和130。
膜电极组件110可以根据所需条件和设计规范在结构和材料上进行各种改变。本公开不受膜电极组件110的结构和材料的局限或限制。
例如，膜电极组件110可以通过将产生电化学反应的催化剂电极层(例如，阳极电极层和阴极电极层)附接到电解质膜的两个相对表面来配置。
作为参考，在本公开的实施例中，传质层120和130被定义为包括气体扩散层120和多孔传输层130。
气体扩散层120和多孔传输层130可以用于均匀分布反应流体并具有预定尺寸的孔的多孔结构。
例如，气体扩散层120可以堆叠在膜电极组件110的一个表面(基于图1的顶面)上并与该膜电极组件110的一个表面紧密接触。多孔传输层130可以堆叠在膜电极组件110的另一个表面(基于图1的底表面)上并与该膜电极组件110的另一个表面紧密接触。
作为参考，供应到作为用于水电解的氧化电极的阳极电极层的水被分离成氢离子(质子)、电子和氧气。氢离子通过电解质膜移动到作为还原电极的阴极电极层，电子通过外部电路移动到阴极。另外，氧气可以通过阳极出口排出，氢离子和电子可以在阴极转化为氢。
参照图1-6，隔板200与反应层100一起可以构成单个单元电池(水电解电池)。隔板200不仅可以阻挡由反应层100分离的氢和水，而且还可以确保氢和水流经的流路(流场)。
另外，隔板200还可以用于将由单元电池产生的热量分配到整个单元电池。产生的多余热量可以通过沿隔板200流动的水(冷却水)排放到外部。
作为参考，在本公开的实施例中，隔板200被定义为包括阳极隔板和阴极隔板两者，它们独立地限定水电解堆中的水和空气的流路(通道)。
更具体地，隔板200包括第一板构件210、第二板构件220和密封构件230。第一板构件210包括反应部212，该反应部212被构造成限定与膜电极组件(MEA)110进行或者发生反应的反应区域。第一板构件210还包括与反应部212间隔开的第一歧管流路214和从第一歧管流路214的边缘延伸的第一通道图案216。第一通道图案216被构造成限定第一连接通道216a，第一连接通道216a被构造成连接反应部212和第一歧管流路214，使得反应部212和第一歧管流路214彼此连通。第二板构件220堆叠在第一板构件210上以覆盖第一连接通道216a。第二板构件220包括与反应部212相对应的的贯通部222和与第一歧管流路214相对应的第二歧管流路224。密封构件230密封第一板构件210和第二板构件220之间的部分。
第一板构件210可以具有包括反应部212、第一歧管流路214和第一通道图案216的各种结构。本公开不受第一板构件210的结构的局限或限制。
例如，第一板构件210可以具有大致四边形的板形状。根据本公开的另一实施例，第一板构件可以具有圆形或其它形状。
反应部212(例如，具有大致四边形形状的反应部)可以设置在第一板构件210的大致中心部分并面对膜电极组件110的一个表面并且可以限定反应区域。第一歧管流路214可以形成为分别穿过第一板构件210的两个相对端，反应部212位于两个相对端之间。第一歧管流路214可以用于使氢气、空气和冷却水流动(供应和排放)。
根据本公开的实施例，反应部212的反应表面212a可以形成为平坦的。多孔传输层130可以与反应部212的反应表面212a(见图8)紧密接触。
根据本公开的实施例，第一板构件210可以由薄膜金属(例如，钛、不锈钢、铬镍铁合金或铝)制成。根据本发明的另一个实施例，第一板构件可以由塑料等其它材料制成。
第一歧管流路214可以根据所需条件和设计规范在数量和布置间隔上进行各种改变。本公开不受第一歧管流路214的数量和第一歧管流路214之间的布置间隔的局限或限制。
例如，参照图4，两个第一歧管流路214可以设置在第一板构件210的一端(左端或第一端)，并且两个第一歧管流路214可以设置在第一板构件210的另一端(右端或第二端)。
可以将反应流体(例如，水)引入到第一歧管流路214的任何一个(例如，入口歧管流路)中。反应流体可以从第一歧管流路214的另一个(例如，出口歧管流路)排放。
参照图4，根据本公开的实施例，第一歧管流路214可以分别设置在第一板构件210的一端和另一端，反应部212位于第一板构件210的一端和另一端之间。多个第一歧管流路214可以相对于通过第一板构件210的中心的水平参考线HL对称地设置。
如上所述，由于多个第一歧管流路214相对于通过隔板200的中心的水平参考线HL对称，所以即使隔板200的一个表面(例如，第一板构件的一个表面)围绕水平线倒置(旋转180度)，第一歧管流路214的位置和第二歧管流路224的位置也可以恒定地保持以用作阴极隔板或阳极隔板。
在以上示出和描述的本公开的实施例中，描述了多个第一歧管流路214相对于通过第一板构件210的中心的水平参考线HL对称的示例。然而，根据本公开的另一实施例，多个第一歧管流路可以相对于通过第一板构件的中心的竖直参考线对称。
第一通道图案216可以从第一歧管流路214的边缘延伸并限定第一连接通道216a，第一连接通道216a被构造成连接反应部212和第一歧管流路214，使得反应部212和第一歧管流路214彼此连通。例如，引入第一歧管流路214的反应流体可以通过第一连接通道216a供应到反应部212。
特别地，第一通道图案216的顶面(基于图4)可以设置在与第一板构件210的边缘的顶面(基于图4)相同的平面上。
更具体地，多个第一通道图案216可以从第一歧管流路214的边缘(例如，与第一板构件的边缘相对应的第一歧管流路的内壁表面)延伸，以便连续地连接到第一板构件210。多个第一通道图案216可以在第一板构件210的宽度方向(基于图4的向上/向下方向)上彼此间隔开。第一连接通道216a可以限定在相邻的第一通道图案216之间并且连接反应部212和第一歧管流路214，使得反应部212和第一歧管流路214彼此连通。
例如，第一通道图案216可以在第一板构件210的纵向(基于图4的向左/向右方向)上具有直线形状。
作为参考，第一通道图案216的数量和第一通道图案216之间的间隔可以根据所需条件和设计规范进行各种改变。根据本公开的另一实施例，第一通道图案可以具有弯曲形状或其它形状。
根据本公开的实施例，第一通道图案216可以包括第一突起图案217，第一突起图案217被构造成限定在反应部212和第一歧管流路214之间的第一连接通道216a。第一通道图案216还可以包括第一连接图案218，第一连接图案218被构造成在与第一歧管流路214交叉的同时连接第一板构件210和第一突起图案217。
第一连接图案218可以从与第一板构件210的边缘相对应的第一歧管流路214的内壁表面延伸。第一突起图案217可以一体地连接到第一连接图案218的端部。第一连接图案218和第一突起图案217可以共同限定具有连续连接的直线形状的第一通道图案216。
特别地，第一通道图案216可以通过部分加工第一板构件210的一部分而与第一板构件210一体形成。
例如，第一通道图案216可以通过部分压制加工第一板构件210的一部分而与第一板构件210一体形成。
更具体地，第一通道图案216可以通过对第一板构件210的一部分钻孔(形成第一歧管流路)然后压制第一板构件210的一个表面而形成从隔板200的另一表面突出的突起形状。在形成第一通道图案216的同时，可以在相邻的第一通道图案216之间形成以凹槽形状凹陷的第一连接通道216a。
另一方面，在上面示出和描述的本公开的实施例中，描述了通过部分压制加工第一板构件210的一部分来形成第一通道图案216的示例。然而，根据本公开的另一实施例，第一通道图案可以通过蚀刻或切割第一板构件而形成。
第二板构件220包括与反应部212相对应的贯通部222和与第一歧管流路214相对应的第二歧管流路224。第二板构件220堆叠在第一板构件210上并覆盖第一连接通道216a。
第二板构件220可以具有包括贯通部222和第二歧管流路224的各种结构。本公开不受第二板构件220的结构的局限或限制。
例如，第二板构件220可以具有大致四边形的板形状。根据本公开的另一实施例，第二板构件可以具有圆形或其它形状。
与反应部212相对应的贯通部222(例如，具有近似四边形形状的贯通部)可以形成在第二板构件220的大致中心部分中。第二歧管流路224可以形成为分别穿过第二板件220的相对两端，贯通部222位于相对两端之间。第二歧管流路224可以用于使氢气、空气和冷却水流动(供应和排放)。
作为参考，根据本公开的实施例，第二板构件220可以由薄膜金属(例如，钛、不锈钢、铬镍铁合金或铝)制成。根据本公开的另一实施例，第二板构件可以由塑料等其它材料制成。
第二歧管流路224可以根据所需条件和设计规范在数量和布置间隔上进行各种改变。本公开不受第二歧管流路224的数量和第二歧管流路224之间的布置间隔的局限或限制。
例如，参照图5，两个第二歧管流路224可以设置在第二板构件220的一端(左端或第一端)并且对应于第一歧管流路214，并且两个第二歧管流路224可以设置在第二板构件220的另一端(右端或第二端)并对应于第一歧管流路214。
可以将反应流体(例如，水)引入第二歧管流路224的任意一个(例如，入口歧管流路)中。反应流体可以从第二歧管流路224的另一个(例如，出口歧管流路)排放。
参照图5，根据本公开的实施例，第二歧管流路224可以分别设置在第二板构件220的一端和另一端，反应部212位于第二板构件220的一端和另一端之间。多个第二歧管流路224可以相对于通过第二板构件220的中心的水平参考线HL对称地设置。
如上所述，由于多个第二歧管流路224相对于通过隔板200的中心的水平参考线HL对称，所以即使隔板200的一个表面(例如，第一板构件的一个表面)围绕水平线倒置(旋转180度)，第一歧管流路214的位置和第二歧管流路224的位置也可以恒定地保持以用作阴极隔板或阳极隔板。
在上面示出和描述的本公开的实施例中，描述了多个第二歧管流路224相对于通过第二板构件220的中心的水平参考线HL对称的示例。然而，根据本公开的另一实施例，多个第二歧管流路还可以相对于通过第二板构件的中心的竖直参考线对称。
根据本公开的实施例，第二板构件220可以包括从第二歧管流路224的边缘延伸的第二通道图案226。第二通道图案226可以被构造成限定第二连接通道226a，第二连接通道226a被构造成连接反应部212与第二歧管流路224，使得反应部212与第二歧管流路224彼此连通。第二连接通道226a可以与第一连接通道216a连通。
第二通道图案226可以从第二歧管流路224的边缘延伸并限定第二连接通道226a，第二连接通道226a被构造成连接反应部212和第二歧管流路224，使得反应部212和第二歧管流路224彼此连通。例如，引入第二歧管流路224的反应流体可以通过第二连接通道226a供应到反应部212。
第二板构件220堆叠在第一板构件210上，使得第二通道图案226与第一通道图案216重叠。
在这种情况下，第二通道图案226与第一通道图案216重叠的构造可以表示第二通道图案226和第一通道图案216被设置为在平面投影图中彼此重叠。
特别地，第二通道图案226的顶面(基于图5)可以设置在与第二板构件220的边缘的顶面(基于图5)相同的平面上。
更具体地，多个第二通道图案226可以从第二歧管流路224的边缘(例如，与第二板构件的边缘相对应的第二歧管流路的内壁表面)延伸，以便连续地连接到第二板构件220。多个第二通道图案226可以在第二板构件220的宽度方向(基于图5的向上/向下方向)上彼此间隔开。第二连接通道226a可以限定在相邻的第二通道图案226之间并且连接反应部212和第二歧管流路224，使得反应部212和第二歧管流路224彼此连通。
例如，第二通道图案226可以在第二板构件220的纵向(基于图5的向左/向右方向)上具有直线形状。
作为参考，第二通道图案226的数量和第二通道图案226之间的间隔可以根据所需条件和设计规范进行各种改变。根据本公开的另一实施例，第二连接通道可以具有弯曲形状或其它形状。
根据本公开的实施例，第二通道图案226可以包括第二突起图案227，第二突起图案227被构造成在反应部212和第二歧管流路224之间限定第二连接通道226a。第二通道图案可以还包括第二连接图案228，第二连接图案228被构造成在横穿第二歧管流路224的同时连接第二板构件220和第二突起图案227。
第二连接图案228可以从与第二板构件220的边缘相对应的第二歧管流路224的内壁表面延伸。第二突起图案227可以一体地连接到第二连接图案228的端部。第二连接图案228和第二突起图案227可以共同限定具有连续连接的直线形状的第二通道图案226。
特别地，第二通道图案226可以通过部分加工第二板构件220的一部分而与第二板构件220一体形成。
例如，第二通道图案226可以通过部分压制加工第二板构件220的一部分而与第二板构件220一体形成。
更具体地，第二通道图案226可以通过对第二板构件220的一部分钻孔(形成第二歧管流路)然后压制第二板构件220的一个表面而形成从隔板200的另一表面突出的突起形状。在形成第二通道图案226的同时，可以在相邻的第二通道图案226之间形成以凹槽形状凹陷的第二连接通道226a。
另一方面，在上面示出和描述的本公开的实施例中，描述了通过部分压制加工第二板构件220的一部分来形成第二通道图案226的示例。然而，根据本公开的另一实施例，第二通道图案可以通过蚀刻或切割第二板件形成。
另一方面，在上面示出和描述的本公开的实施例中，描述了第一连接通道216a设置在第一板构件210中并且与第一连接通道216a连通的第二连接通道226a设置在堆叠在第一板构件210上的第二板构件220中的示例。然而，根据本公开的另一实施例，可以仅在第一板构件210中设置第一连接通道216a而不在第二板构件220中设置第二连接通道226a。
换言之，参照图7，可以提供一种第二板构件220'的第二歧管流路224'不具有单独的通道图案(第二通道图案)的结构。第一连接通道216a可以仅设置在第一板构件210的第一歧管流路214中。引入到第一歧管流路214和第二歧管流路224'的反应流体可以通过第一通道图案216之间限定的第一连接通道216a供应到反应部212。
参照图2和图3，密封构件230设置在第一板构件210和第二板构件220之间以密封第一板构件210和第二板构件220之间的部分。
在这种情况下，第一板构件210和第二板构件220之间的部分被密封的构造可以表示密闭第一板构件210和第二板构件220之间的部分。因此，在引入第一板构件210和第二板构件220之间的反应流体可以在第一板构件210和第二板构件220之间的空间中流动而不会泄漏到外部。
密封构件230可以具有能够密封第一板构件210和第二板构件220之间的部分的各种结构。本公开不受密封构件230的结构和形状的局限或限制。
根据本公开的实施例，密封构件230可以包括沿第一板构件210的边缘设置的边缘密封部232，并且可以包括沿第一通道图案216设置并连接到边缘密封部232的通道密封部234。
边缘密封部232可以具有沿着面向第二板构件220的第一板构件210的顶面的边缘的大致四边形环形形状。通道密封部234可以设置在第一板构件210的顶面上并且具有沿着第一通道图案216的连续带状(或棒状)。
密封构件230可以由诸如橡胶、硅树脂或聚氨酯的弹性材料制成。本公开不受密封构件230的材料和特性的局限或限制。
特别地，通道密封部234可以设置成与边缘密封部232一起形成单一的一体式结构。
例如，边缘密封部232和通道密封部234可以通过注塑成型一体形成。
根据本公开的另一实施例，包括边缘密封部和通道密封部的密封构件可以与第一板构件分开制造，然后附接(或联接)到第一板构件。或者，可以通过涂覆或转移弹性材料或利用弹性材料执行印刷工艺将密封构件设置在第一板构件上。
如上所述，隔板200可以具有依次堆叠第一板构件210、密封构件230和第二板构件220的结构。隔板200可以分别堆叠在反应层100的两个相对表面上，反应层100位于隔板200之间。
例如，参照图1和图2，具有相同结构的隔板200可以分别堆叠在反应层100的上部和下部。设置在反应层100的下部的隔板200可以设置成使得隔板200的一个表面(基于图1的顶面)面向反应层100的底面。设置在反应层100的上部的隔板200可以设置成使得隔板200的一个表面(基于图1的底面)面向反应层100的顶面。
隔板200可以分别设置在反应层100的两个相对表面上，并同时用作阴极隔板和阳极隔板。例如，水可以在反应层100的底面(基于图1)和隔板200(基于图1的设置在下侧的隔板)的一个表面之间流动。氢气可以在反应层100的顶面和隔板200(基于图1的设置在上侧的隔板)之间流动。
如上所述，在本公开的实施例中，单个隔板200可以同时用作阴极隔板和阳极隔板。因此，可以获得简化结构和制造工艺以及降低制造成本的有益效果。
换言之，在现有技术中，需要单独制造用于限定水流动的通道的隔板(阳极隔板)和用于限定氢气流动的通道的隔板(阴极隔板)。因此，存在结构和制造工艺复杂并且生产率和生产效率降低的问题。
相比之下，根据本公开的实施例，单一类型的隔板200可以用作阴极隔板和阳极隔板。因此，与使用两种隔板的现有技术的情况相比，使用单一类型的隔板可以简化结构和制造工艺。
另一方面，在上面示出和描述的本公开的实施例中，描述了反应部212的反应表面212a形成为平坦的并且传质层(例如，多孔传输层)与反应部的反应表面直接接触的示例。然而，根据本公开的另一实施例，可以在反应部的反应表面上另外提供反应图案。
换言之，参照图8，根据本公开的另一实施例，反应图案212b的通道可以设置在第一板构件210的反应部212的反应表面212a上。多孔传输层130可以与反应图案212b紧密接触。
反应图案212b可以具有能够限定反应流体流动的反应通道(未示出)的各种结构。本公开不受到反应图案212b的结构和形状的局限或限制。
例如，反应图案212b可以在第一板构件210的纵向上具有直线形状，并且具有直线形状的反应通道可以限定在相邻的反应图案212b之间。根据本公开的另一实施例，反应图案可以具有弯曲形状或其它形状。
如上所述，在本公开的实施例中，反应图案212b可以设置在反应部212的反应表面212a上，使得可以在反应表面212a上确保反应流体流动的反应通道。因此，可以降低反应部212的压差，使反应流体更均匀地分布在反应部212的整个区域。
参照图9，根据本公开的实施例，电化学装置10可以包括设置在隔板200的面向膜电极组件110的一个表面(例如，第一表面)上的垫圈构件112。垫圈构件112可以被构造成密封膜电极组件110和隔板200之间的部分。电化学装置10还可以包括设置在隔板200的另一个表面(例如，第二表面)上的单元电池垫圈构件242和设置在隔板200的另一表面上的导电构件240。
垫圈构件112设置为密封膜电极组件110和隔板200(例如，第二板构件)之间的部分。
如上所述，因为在膜电极组件110和隔板200之间设置垫圈构件112，所以可以防止引入到反应部212中的反应流体(例如，水)通过膜电极组件110和隔板200之间的空间泄漏。
垫圈构件112可以具有能够密封膜电极组件110和隔板200之间的部分的各种结构。本公开不受垫圈构件112的结构的局限或限制。
例如，垫圈构件112可以设置为围绕膜电极组件110的整个周边(参见图1)。
垫圈构件112可以由诸如橡胶、硅树脂或聚氨酯的弹性材料制成。本公开不受垫圈构件112的材料和特性的局限或限制。
例如，垫圈构件112可以通过注塑成型与膜电极组件110一体形成。或者，垫圈构件112可以通过诸如涂覆、转移或印刷的其它方法来设置。
单元电池垫圈构件242设置为密封彼此相邻设置的单元电池之间的部分(在彼此相邻设置以构成不同单元电池的隔板之间)。
因为单元电池垫圈构件242设置在彼此相邻设置以构成如上所述的不同单元电池的隔板200之间，所以可以防止引入到单元电池中的反应流体(例如，水)流入隔板200之间的空间。
单元电池垫圈构件242可以具有能够密封设置在相邻反应层100之间的隔板200之间的部分的各种结构。本公开不受单元电池垫圈构件242的结构的局限或限制。
例如，单元电池垫圈构件242可以具有沿着隔板200的边缘的大致四边形环形。
单元电池垫圈构件242可以由弹性材料制成，例如典型的橡胶、硅树脂或聚氨酯。本公开不受单元电池垫圈构件242的材料和特性的局限或限制。
例如，单元电池垫圈构件242可以通过注塑成型与隔板200一体形成。或者，单元电池垫圈构件242可以通过诸如涂覆、转移或印刷的其它方法来设置。
设置导电构件240以电连接设置在相邻反应层100之间的隔板200(构成不同单元电池的隔板)。
导电构件240可以具有能够电连接相邻隔板200的各种结构。本公开不受导电构件240的结构和形状的局限或限制。
例如，导电构件240可以具有大致四边形的板状并且紧密接触在相邻的隔板200之间(例如，相邻的第一板构件之间)。
由具有导电性的金属材料制成的集流板可以用作导电构件240。本公开不受导电构件240的材料和特性的局限或限制。
特别地，单元电池垫圈构件242可以设置为围绕导电构件240。导电构件240可以具有与单元电池垫圈构件242的压缩厚度(单元电池垫圈构件242在相邻的隔板200之间被压缩的厚度)相对应的厚度。
如上所述，因为导电构件240具有与单元电池垫圈构件242的压缩厚度相对应的厚度，所以可以获得在确保通过导电构件240在隔板200之间实现电连接(导电性)的同时稳定地保持隔板200之间的密封性能的有益效果。
如上所述，根据本公开的实施例，可以获得提高安全性和可靠性以及简化电化学装置的结构和密封构件的制造工艺的有益效果。
特别地，根据本公开的实施例，可以获得在确保对象流体在连接通道中的稳定流动(流动效率)的同时简化结构和制造工艺的有益效果，所述连接通道将通过隔板的歧管流路引入的对象流体引导到反应部。
其中，根据本公开的实施例，可以获得在防止连接通道被堵塞的同时简化制造密封构件的工艺的有益效果。
另外，根据本公开的实施例，可以通过利用具有相同结构的单一类型的隔板来实现阴极隔板和阳极隔板两者。
另外，根据本公开的实施例，可以获得提高生产率和生产效率以及降低制造成本的有益效果。
尽管上面描述了实施例，但是实施例只是说明性的并且不旨在限制本公开。本领域普通技术人员应当理解的是，在不脱离实施例的固有特征的情况下，可以对实施例进行各种上述未描述的修改和应用。例如，可以修改实施例中具体描述的各个构成元件然后执行。此外，应当理解的是，与修改和应用相关的差异包括在由所附权利要求书限定的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种水电解隔板，包括：
第一板构件，包括：反应部，所述反应部限定与膜电极组件即MEA发生反应的反应区域；第一歧管流路，所述第一歧管流路与所述反应部间隔开；以及第一通道图案，所述第一通道图案从所述第一歧管流路的边缘延伸并限定第一连接通道，所述第一连接通道连接所述反应部和所述第一歧管流路，使得所述反应部和所述第一歧管流路彼此连通；
第二板构件，堆叠在所述第一板构件上并覆盖所述第一连接通道，并且包括与所述反应部相对应的贯通部和与所述第一歧管流路相对应的第二歧管流路；以及
密封构件，密封所述第一板构件和所述第二板构件之间的部分。
2.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述第一通道图案包括：
第一突起图案，限定在所述反应部和所述第一歧管流路之间的所述第一连接通道；以及
第一连接图案，在与所述第一歧管流路交叉的同时连接所述第一板构件和所述第一突起图案。
3.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述第一通道图案通过部分加工所述第一板构件的一部分而与所述第一板构件一体形成。
4.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述密封构件包括：
边缘密封部，沿所述第一板构件的边缘设置；以及
通道密封部，沿所述第一通道图案设置并连接到所述边缘密封部。
5.根据权利要求4所述的水电解隔板，其中，所述通道密封部被设置成与所述边缘密封部一起形成单一的一体式结构。
6.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述第一歧管流路分别设置在所述第一板构件的一端和另一端，所述反应部位于所述第一板构件的一端和另一端之间，并且所述第一歧管流路相对于通过所述第一板构件的中心的水平参考线对称。
7.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述反应部的反应表面形成为平坦的。
8.根据权利要求1所述的水电解隔板，包括：
反应图案，设置在所述反应部的反应表面上。
9.根据权利要求1所述的水电解隔板，其中，所述第二板构件包括第二通道图案，所述第二通道图案从所述第二歧管流路的边缘延伸并限定第二连接通道，所述第二连接通道连接所述反应部和所述第二歧管流路，使得所述反应部和所述第二歧管流路彼此连通，并且
其中，所述第二连接通道与所述第一连接通道连通。
10.根据权利要求9所述的水电解隔板，其中，所述第二通道图案包括：
第二突起图案，限定在所述反应部和所述第二歧管流路之间的所述第二连接通道；以及
第二连接图案，在与所述第二歧管流路交叉的同时连接所述第二板构件和所述第二突起图案。
11.根据权利要求9所述的水电解隔板，其中，所述第二通道图案通过部分加工所述第二板构件的一部分而与所述第二板构件一体形成。
12.一种电化学装置，包括：
膜电极组件，即MEA；
传质层，分别堆叠在所述膜电极组件的两个相对表面上；以及
隔板，分别堆叠在所述传质层上，
其中，每个隔板包括：
第一板构件，包括：反应部，所述反应部限定与所述膜电极组件发生反应的反应区域；第一歧管流路，所述第一歧管流路与所述反应部间隔开；以及第一通道图案，所述第一通道图案从所述第一歧管流路的边缘延伸并限定第一连接通道，所述第一连接通道连接所述反应部和所述第一歧管流路，使得所述反应部和所述第一歧管流路彼此连通，
第二板构件，堆叠在所述第一板构件上并覆盖所述第一连接通道，并且包括与所述反应部相对应的贯通部和与所述第一歧管流路相对应的第二歧管流路，以及
密封构件，密封所述第一板构件和所述第二板构件之间的部分。
13.根据权利要求12所述的电化学装置，其中，所述第一通道图案包括：
第一突起图案，限定在所述反应部和所述第一歧管流路之间的所述第一连接通道；以及
第一连接图案，在与所述第一歧管流路交叉的同时连接所述第一板构件和所述第一突起图案。
14.根据权利要求12所述的电化学装置，其中，所述密封构件包括：
边缘密封部，沿所述第一板构件的边缘设置；以及
通道密封部，沿所述第一通道图案设置并连接到所述边缘密封部。
15.根据权利要求14所述的电化学装置，其中，所述通道密封部被设置成与所述边缘密封部一起形成单一的一体式结构。
16.根据权利要求12所述的电化学装置，其中，所述反应部的反应表面形成为平坦的，并且所述传质层通过所述贯通部并与所述反应表面紧密接触。
17.根据权利要求12所述的电化学装置，包括：
反应通道，设置在所述反应部的反应表面上，
其中，所述传质层通过所述贯通部并与所述反应通道紧密接触。
18.根据权利要求12所述的电化学装置，其中，所述第二板构件包括第二通道图案，所述第二通道图案从所述第二歧管流路的边缘延伸并限定第二连接通道，所述第二连接通道连接所述反应部和所述第二歧管流路，使得所述反应部和所述第二歧管流路彼此连通，并且
其中，所述第二连接通道与所述第一连接通道连通。
19.根据权利要求18所述的电化学装置，其中，所述第二通道图案包括：
第二突起图案，限定在所述反应部和所述第二歧管流路之间的所述第二连接通道；以及
第二连接图案，在与所述第二歧管流路交叉的同时连接所述第二板构件和所述第二突起图案。
20.根据权利要求12所述的电化学装置，包括：
垫圈构件，设置在所述隔板的面向所述膜电极组件的一个表面上，并密封所述膜电极组件和所述隔板之间的部分；
单元电池垫圈构件，设置在所述隔板的另一表面上；以及
导电构件，设置在所述隔板的另一表面上。
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