CN117858977A

CN117858977A - 包括绝缘层的电解器组件

Info

Publication number: CN117858977A
Application number: CN202280050947.6A
Authority: CN
Inventors: L·鲁韦尔; S·拉迈松; D·瓦克里
Original assignee: Dai Ao New Energy
Current assignee: Dai Ao New Energy
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2022-07-20
Publication date: 2024-04-09

Abstract

公开了与电解器领域相关的方法和系统。公开了一种电解器组件，其包括电池堆、电池堆中的多个极板、多个极板之间的多个流场、流体连接多个流场中的流场的导管、导管中的导电流体、布置在多个流场的导电表面和导管之间的多个绝缘层、以及提供导管和多个流场之间的多个流体连接的在多个绝缘层中的多个开口。

Description

包括绝缘层的电解器组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月21日提交的美国临时专利申请号为63/223,986的美国临时专利申请的优先权以及于2022年6月13日提交的美国临时专利申请号为63/351,441的美国临时专利申请的优先权，出于所有目的，其都通过引用整体并入本文。

背景技术

在过去的几年中，电解器已经获得了极大的关注，因为它们允许通过水、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)和/或碳酸根离子(CO₃ ^2-)或碳酸氢根离子(HCO^3-)和/或含氮化合物(例如但不限于一氧化二氮和/或氮气)的转化来生产有价值的化学品，例如氢气(H₂)、一氧化氮(CO)、乙烯、乙醇、甲烷、甲酸、草酸、乙酸、丙烷、丙醇、氨、氨基酸、尿素、含碳和含氮产品。

电解器由多个相互堆叠的电池组成。在堆中，每个单独的电池包括阳极和阴极，由膜隔开以提供选择性离子导电性。单个电池的每一侧都由导电极板支撑。极板配置为在阴极和阳极之间施加电势，以驱动反应物流体的氧化和还原反应。这种反应流体通过通常由极板支撑的流场向阳极和阴极输送。由于反应物向有价值分子的转化是由电能驱动的，因此希望提高电解器的能量效率，以降低电能需求。

发明内容

公开了与电解器领域相关的方法和系统。公开了涉及电解器的方法和系统，其中电解器中的至少一种流体是导电的。流体可以是液体或包含液体和气体的混合物。循环流体可以是电解液，例如阴极电解液或阳极电解液(anolyte)、冷却剂或它们的组合。流体可以通过共用的歧管分配到电池堆中的每个单独的电池。在电解器中，作为导电部件的极板的接近，结合导电流体的使用，可能导致泄漏电流，也称为分流电流或寄生电流。由于多种原因，这是有问题的。例如，由于设备所需的导电部件和导电流体的接触，泄漏电流导致能量损失，从而降低能量效率。此外，分流电流会导致寄生反应，包括腐蚀和气体产生，这可能导致材料降解、电解器寿命的减少、电解器性能的改变以及安全隐患。

在本发明的具体实施例中，提供了一种电解器组件，其包括电池堆、电池堆中的多个极板、多个极板之间的多个流场、流体连接多个流场中的流场的导管、导管中的导电流体、布置在多个流场的多个导电表面和导管之间的多个绝缘层、以及提供导管和多个流场之间的多个流体连接的在多个绝缘层中的多个开口。

在本发明的具体实施例中，提供了用于电解器组件的部件套件，其包括具有至少一个流场的极板，当电解器组件电池在电解器组件中时，该至少一个流场被定位成流体连接到导管；以及至少一个绝缘件，该绝缘件成形为当电解器组件电池在电解器组件中时布置在至少一个流场的导电表面和导管之间。

在本发明的具体实施例中，提供了一种电解器组件电池，其包括第一双极板的第一活性面(active face)、第一活性面上的第一流场、第一流场中的阴极输入流体、进行阴极输入流体的反应物的还原反应的阴极、第二双极板的第二活性面、第二活性面上的第二流场、第二流场中的阴极输入流体、进行阳极输入流体的反应物的氧化反应的阳极、流体连接到第一流场并成形为将阴极输入流体供应到第一流场的第一组至少两个导管、流体连接到第二流场并成形为将阳极输入流体供应到第二流场的第二组至少两个导管、布置在第一流场和第一流场的至少两个导电表面和第一组至少两个导管之间的至少两个绝缘层，以及布置在第二流场的至少两个导电表面和第二组至少两个导管之间的至少两个绝缘层。阳极输入流体和阴极输入流体中的至少一种是导电的。

附图说明

图1A示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的电解器的等轴分解图。

图1B示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有明显成形的膜的电解器的等轴分解图。

图2A示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有沟槽开口的绝缘件的等轴视图。

图2B示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有通道开口的绝缘件的等轴视图。

图2C示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有多个圆形通道开口的绝缘件的等轴视图。

图2D示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有多个方形通道开口的绝缘件的等轴视图。

图3A示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的绝缘件在附接到极板之前的等轴视图。

图3B示出了根据本文公开的本发明具体实施例的具有方形沟槽开口的绝缘件在连接到双极板之前的等轴视图。

图3C示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有通道开口和附属插入件的绝缘件的等轴视图。

图4示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的附接到双极板的具有方形沟槽开口的绝缘件的等轴视图。

图5示出了根据本文公开的本发明具体实施例的具有绝缘层的极板的等轴视图。

图6示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有绝缘层和流体导管的极板的顶部透视图。

图7A示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的绝缘层的等轴视图。

图7B示出了根据本文公开的本发明具体实施例的双极板边缘的绝缘涂层形式的绝缘层的等轴视图。

图8示出了根据相关技术的没有连接绝缘件的电池堆中两个连续极板之间的电流泄漏流的截面图。

图9示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的具有绝缘件的堆叠中的两个连续极板之间的电流泄漏流的截面图。

图10示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的堆叠中的两个连续极板之间的电流泄漏流的截面图，其中绝缘件具有比图9的示例中更长的长度(L)。

图11示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的电解器组件的等轴分解图，其中绝缘件位于电解器组件中的极板的两个孔上。

具体实施方式

本文详细公开了根据以上概述的与电解器领域相关的方法和系统。在本部分中公开的方法和系统是本发明的非限制性实施例，仅用于解释目的，并且不应该用于限制本发明的全部范围。应当理解，所公开的实施例可以彼此重叠，也可以不重叠。因此，一个实施例的一部分或其具体实施例可以落入或不落入另一个或其具体实施例的范围内，反之亦然。来自不同方面的不同实施例可以组合或单独实施。在本发明的广泛框架内示出的代表性实施例的许多不同组合和子组合，对于本领域技术人员来说可能是显而易见的，但是没有明确示出或描述，不应该被解释为被排除。

本文公开的本发明的具体实施例提供了对泄漏电流问题的解决方案，泄漏电流通常是电解器例如使用至少一种导电流体的电解器的特征。在电解器导电材料附近使用导电流体，例如电解质和冷却剂，会在这些材料之间产生电接触，从而导致泄漏电流。这些泄漏电流不仅导致能量损失，而且还会导致寄生反应，包括腐蚀和气体产生，这可能导致材料降解、电解器寿命的缩短、电解器性能的改变，并导致安全隐患。本文公开的本发明的具体实施例包括解决这些问题的电解器组件和部件套件。本文公开的本发明的具体实施例中，电解器组件和部件套件包括绝缘层，该绝缘层通过降低那些泄漏电流否则会利用的电通路的电导率来有效且充分地减轻前述泄漏电流的影响。

在本发明的具体实施例中，提供了一种电解器组件。这种电解器组件可用于将水、二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)和/或碳酸根离子(CO₃ ^2-)或碳酸氢根离子(HCO^3-)转化成有价值的产品。二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、碳酸根或碳酸氢根离子在本文中也称为CO_x。电解器组件可以用于将CO_x(例如包含在流体中的CO_x)转化成至少一种有价值的化学物质。这种含CO_x的流体也可以在含氮物质的存在下被共还原，以产生含碳和含氮的产物，例如但不限于氨基酸和/或含尿素和/或酰胺的有机物质。例如，电解器组件可用于将CO₂或CO转化成期望的产品，例如碳基商品，包括但不限于CO、烷烃、醇和羧酸。可选地或组合地，电解器组件可以用于将水转化为氢气(H₂)。

本文描述的电解器组件可以由多个电池组成，也称为电解电池。图1A-1B和图11示出了根据本文公开的本发明的具体实施例的电解器组件的各种实施例。电解器组件可以由多个电解器电池形成。电解器电池可以配置为接收输入流体和释放输出流体。这些流体可以是液体和/或气体。当电解器电池运行时，输入流体中存在的反应物可以转化成有价值的分子，这些分子在输出流体中被回收。

在具体实施例中，电解器组件可以包括布置成堆叠的多个电池，每个电池包括至少一个配置为进行还原反应或氧化反应的电极。电极可以是配置为执行还原反应的阴极，或者它可以是配置为执行氧化反应的阳极。在具体实施例中，每个电池包括配置为进行还原反应的阴极以及配置为进行氧化反应的阳极。在具体实施例中，每个电池可以包括一个或多个流场，以允许输入和输出流体流过该电池。

在具体实施例中，电解器组件可以另外包括导管(也称为歧管)，该导管配置为传输导电流体，例如电解质或冷却剂。电解器组件可以包括几个导管，它们中的至少一个配置为传输导电流体。这些导管可以配置为在电解器中输送流体。导管可以流体连接电解器组件中的流场，以允许导电流体流向特定的电解器电池并通过电解器组件循环。流体可以是电解器组件的冷却剂，或者是上述关于电解器电池的输入和输出流体。电解器组件可以包含多个导管，例如两个至十个导管(即，两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个导管)。

如本文关于说明书中描述的导电流体所使用的，术语“导电”是指流体导电，例如在标准温度和压力下电导率大于0.1毫西门子每厘米(mS/cm)的流体是导电的。在一些实施例中，导电流体是电解质，例如导电阴极电解液或导电阳极电解液。在一些其他实施例中，导电流体是冷却剂。在一些其他实施例中，导电流体是导电气体。在一些其他实施例中，电解器组件布置成输送导电阴极电解液和导电阳极电解液，以及可选的导电冷却剂。

在具体实施例中，电解器组件可以另外包括至少两个极板，极板包括配置为循环导电流体的流场。流场可以配置为使导电流体循环通过电解器组件。至少两个极板可以配置为使导电流体与电极(例如，由极板支撑的阴极或阳极)接触。电极可以直接接触电解器组件的导电电解质。电极也可以通过极板间接接触导电冷却剂。

在具体实施例中，电解器电池可以包括膜电极组件(MEA)。MEA可以位于电解器电池中的两个极板之间。膜可以选择性地允许反应物从阴极或阳极流过电解器电池，或者流到相对的电极，或者流入分离区域。MEA可以包括一个或多个水分离层、固体分离层、质子交换膜(PEM)、阳离子交换膜(CEM)、阴离子交换膜(AEM)和各种其它膜和结构，以便于电解器组件的操作。

在具体实施例中，电解器组件可以包括多于两个的极板。通过使极板与支撑在极板每一侧上的电极接触，极板可以确保电解叠层的机械支撑以及连续堆叠的电解器电池之间的电接触。极板可以是导电的，并配置为在每个单独的电解器电池的阴极和阳极对之间施加电势。在具体实施例中，极板产生等势面区域。阴极和阳极对在此可以定义为单个电解器电池的一个阳极和一个阴极的组合，配置为当在这两个电极之间施加足够的电势差时进行电化学反应。极板可以提供用于使至少一种流体与电解器组件中的至少一些电极接触的装置，其中这些流体中的至少一种可以是电解质。特别地，极板可以配置为在电解器组件中传输电解质和/或其他流体，例如接收输入电解质和输入流体，以及释放或移除输出电解质和输出流体，并且可选地循环冷却剂。上述流场可以在极板中或极板上形成，以促进这一目的。

在具体实施例中，电解器组件可以包括两种类型的极板(即，单极板和双极板)。单极板可以设置在电池堆的每一端。单极板包括一个活性面和一个非活性面。单极板的活性面与电极接触(例如，堆的一端的阴极和堆的另一端的阳极)。此外，单极板还可以在电解器堆和外部功率接收器之间提供电接口，用于接收由电解器产生的功率，或者提供电流以允许电解器反应发生的外部电源。双极板可以位于堆的每个电解器电池的顶部或底部，并在电池的MEA和相邻电池之间提供电连接。双极板可以位于堆中每个电池的顶部或底部，并在电池的MEA和相邻电池之间提供电连接。双极板包括两个活性面，其中一个活性面与堆中一个电池的阳极接触，双极板的相对活性面与堆中相邻电池的阴极接触。这种配置允许电解器组件中的连续电池电串联。在这些实施例中，极板的活性面包括流场，该流场配置为使流体(例如电解质)与电极接触，如下面更详细描述的。

极板可以具有各种形状，包括但不限于圆形或多边形。例如，它们可以是矩形或正方形、五边形、六边形或八边形。极板的形状通常与单个电池的形状相匹配。在具体实施例中，极板的尺寸不同于电池的尺寸，例如它们可以更大和/或更宽。在具体实施例中，布置在电解堆中的极板可以具有相同、相似或不同的形状。在具体实施例中，电解器中的极板优选具有相同的形状。图1A示出了电解器组件，其中极板的尺寸不同于电池的尺寸。图1B示出了电解器组件，其中极板具有与电池相同的外部尺寸。

在本发明的具体实施例中，用于在电解器电池中循环和/或产生流体的均匀分布的流场可以形成在极板上或极板中。流场可以形成在极板的表面上，并且由极板表面上的通道和肋限定，其例如在极板的活性面的表面上。流场可以被雕刻、雕刻、碾磨、冲压、蚀刻或模制在极板中(例如，在极板的表面)。图1A-1B描绘了根据本发明的具体实施例的双极板活性面上的流场的各种设计，这些实施例并不旨在进行限制。极板流场也可以使冷却剂循环通过双极极板。这种流场例如可以是内部的，即位于极板结构内。在这种情况下，它们可能是内部通道的形式。

在具体实施例中，流场可以具有各种类型的形态。流场的设计和尺寸在此不受限制。流场的具体尺寸，包括在极板表面形成流场通道的肋，以及流场的总体尺寸可以从一个实施例到另一个实施例有很大的变化，并且通常是电解器的电解质或循环流体性质、温度、压力和功率需求的函数。例如，流场可以具有不同的通道/肋表面比率，以改变电极的压缩与反应物和产物进出电极的质量传输。在具体实施例中，流场包括阶梯、单个或多个蛇形、交叉图案、柱状、生物启发的叶状形状或其混合物。在具体实施例中，流场具有多个穿过极板的入口，以优化穿过极板的流体分布。

在具体实施例中，电解器组件可以包括布置在极板和导电流体之间的绝缘层。例如，绝缘层可以位于极板流场的导电表面和电解器组件的导管之间。绝缘层可以包括至少一个开口，以将流场流体连接到导管。绝缘层可以是形成为覆盖极板的绝缘涂层，例如通过覆盖极板的边缘。绝缘层可以是覆盖部分流场的绝缘涂层。可选地，绝缘层可以是附接到电解器组件的绝缘件。图2A-2D、图5和图7A-7B示出了绝缘层的具体实施例。

在具体实施例中，绝缘层配置为将导电流体(当电解器组件运行时，其在电解器组件中循环)，例如电解质或冷却剂，与导电极板(即，单极板和/或双极板)隔离，从而显著降低可能在两个或更多个相邻极板之间发生的泄漏电流，并且潜在地根本防止泄漏电流发生。

在具体实施例中，绝缘层可以呈现各种形状。绝缘层可以特别适合于极板的形状和尺寸。绝缘层可以适于覆盖极板的表面区域，否则当电解器组件运行时，该表面区域将与导电流体例如电解质或冷却剂接触。

在本发明的具体实施例中，通过覆盖否则将与导电流体接触的极板或流场的一部分，绝缘层可以延伸系统中极板之间的导电路径的长度。由于这种通路的电导是其长度的函数，导电通路的这种延伸可以减少系统中的泄漏电流量。为此，绝缘层可以具有长度L，其将系统中的极板之间的导电路径延伸距离L。在两个相邻的板都增加了绝缘层的实施例中，这将导致通过增加2L的导电路径。在本发明的具体实施例中，该长度L可以是绝缘件的侧壁的宽度，如图2C所示，其将极板的侧壁与系统的导管中的导电流体流分开(例如，其中导管将极板的流场与相邻极板的流场流体连接)。在本发明的具体实施例中，该长度L可以是施加到极板的绝缘涂层的横向范围，如图7A所示。在本发明的具体实施例中，长度L可以是至少100微米，例如至少500微米、至少1000微米或至少1500微米。在这些实施例中，长度L的范围可以在100微米和5厘米之间，例如在500微米和4厘米之间或者在1毫米和5毫米之间。

在具体实施例中，极板包括一个或多个孔。图1A-1B和11示出了包括位于极板外围的四个孔的极板。这些孔可以配置为当极板在电池堆中对齐时限定流体导管。这些孔通常可以位于极板上的任何地方(例如，在极板的中心区域和/或极板的外围)。在具体实施例中，孔是横向的，这意味着流体可以穿过或穿过极板。

在具体实施例中，极板的每个孔可以配置为接收或释放流体。然而，当安装在电解器堆中时，极板的孔可以是活性的或非活性的。当活性时，孔配置为接收或释放流体。当非活性时，孔不配置为接收或释放任何流体。极板可以配置为将流体从极板的一个孔输送到极板的另一个孔。例如，极板可以通过它的两个孔接收阳极输入流体并在板的一个活性面上释放阳极输出流体。在该实施例中，极板包括两个活性的孔。极板可以还包括额外的孔，活性的或非活性的。例如，双极板可以包括四个孔，其中两个孔在第一面上活性，在第二面上非活性，而另外两个孔在第二面上活性，在第一面上非活性。在一些实施例中，双极板可以通过其两个孔在一个面上接收阴极输入流体并释放阴极输出流体，同时通过另外两个孔在板的相对面上接收阳极输入流体并释放阳极输出流体。在具体实施例中，输入流体装有反应物，而输出流体装有产物。术语“反应物”和“产物”在本文中指的是在电解器组件中发生的还原和氧化反应中涉及的实体。因为单极板仅包括一个活性面，所以单极板仅接收一种输入流体并通过它们的活性的孔在板的活性面上释放一种输出流体。

在具体实施例中，极板包括中心区域和外围区域。在这些实施例中，中心区域可以显著地包括流场，而外围区域包括孔。

在具体实施例中，极板包括一个或几个端口。在这些实施例中，通过这些端口来操作包括导电流体在内的流体的供应和释放。这些端口可以进一步限定为入口端口和出口端口。这些端口连接到极板上的流场。端口可以限定连接到极板上的流场的通道。通道可以有利地具有减小泄漏电流的形状和尺寸。

在这些实施例中，每个极板在其每个活性面上可以具有至少一个入口和至少一个出口。例如，每个极板在其每个活性面上可以具有一个用于输入流体的入口和一个用于输出流体的出口。例如，每个极板在其一个活性面上可以具有一个阴极输入流体的入口和一个阴极输出流体的出口，而同一极板可以在相对面上具有一个用于阳极输入流体的入口和一个用于阳极输出流体的出口。在这些实施例中，因为单极板只有一个活性面，所以它们可以具有一对用于阴极输入/输出的入口和出口，或者一对用于阳极输入/输出的入口和出口，而单极板的相对面是非活性的。

在具体实施例中，每种输入和输出流体的入口和出口的数量可以变化。例如，极板可以包括一个入口和一个出口。可选地，它们可以包括几个端口。极板可以例如包括两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个入口和出口。

如上所述，在极板包括一个或几个孔的实施例中，端口可以位于极板孔中。图3B示出了电解器组件的实施例，其中极板包括位于孔中的端口。在这些实施例中，极板的每个活性孔可以具有至少一个入口或至少一个出口。极板的每个活性孔可以包括几个入口或几个出口。每个孔中的端口数量可以变化，并适合于极板上流场的设计。在这些实施例中，极板包括至少两个活性孔，其中一个活性孔包括至少一个入口，另一个活性孔包括至少一个出口。极板上的非活性孔不特别需要有入口或出口；然而，它们可能仍然包括被称为非活性的入口和出口。

可选地，端口可以位于极板的边缘，例如当这种极板不包括孔时。

在具体实施例中，绝缘层是绝缘件的形式。在这些实施例中，一个或几个绝缘件可以布置在极板和导管之间。根据一个实施例，绝缘件布置在极板和冷却剂导管之间。根据另一个实施例，绝缘件布置在极板和输入导管之间。例如，绝缘件可以仅布置在极板和输入电解质导管之间。作为另一个例子，绝缘件可以布置在极板和所有输入流体导管之间。根据另一个实施例，绝缘件布置在极板和输出导管之间。例如，绝缘件可以仅布置在极板和输出电解质导管之间。作为另一个例子，绝缘件可以布置在极板和所有输出流体导管之间。根据另一个实施例，绝缘件布置在极板和输送电解质流体的导管(即，输入和输出)之间。根据另一个实施例，绝缘件布置在i)极板和输入导管之间，以及ii)极板和输出导管之间，例如仅输入和输出电解质导管或所有输入和输出流体导管。

在具体实施例中，绝缘件可以具有各种形状和尺寸。图2A-2D示出了本发明的绝缘件的各种实施例。本发明的绝缘件例如可以是具有底部和四个壁的矩形形状。绝缘件可以优选为中空件，以允许当绝缘件定位在极板上时流体在导管中流动。在堆的末端，绝缘件可以在一侧具有开口，该开口将与导管接合，但是不会完全中空，因为面向堆的顶部的一侧可以被封闭。当绝缘件具有基部时，该基部可以延伸到壁的外部并形成肩部，这在制造过程中是有帮助的，在电解器组件中堆叠部件之前，将绝缘件定位在极板上。

在具体实施例中，绝缘件可以被成形为在电解器组件投入运行之前定位(例如，附着、胶合和/或咬合)在极板上。在组装电解器之前，特别是在堆叠电解器的各种部件之前，绝缘件可以显著地定位在极板上。在具体实施例中，绝缘件可以位于端口所在的极板区域，在该区域更可能产生泄漏电流。图4示出了电解器组件的实施例，其中绝缘件位于极板的一个孔中。一个或多个绝缘件可以位于每个极板上。在具体实施例中，仅一个绝缘件定位在每个极板上，其中绝缘件旨在绝缘极板和输入电解质导管。在具体实施例中，两个绝缘件位于极板上，其中一个绝缘件用于绝缘极板和输入电解质导管，而另一个绝缘件用于绝缘极板和输出电解质导管。在一些其他实施例中，四个绝缘件定位在每个极板上，其中绝缘件旨在绝缘极板和输入和输出导管，例如电解器组件中的所有流体导管。在具体实施例中，每个极板包括六个开口，其中两个配置为传输冷却剂(流入和流出)。在这样的实施例中，绝缘件可以定位在旨在与冷却剂接触的每个开口上。

在具体实施例中，绝缘件包括至少一个开口，该开口配置为将电解质导管连接到极板上的流场。

当极板包括一个端口以接收导电流体(例如电解质)时，绝缘件可以包括一个开口，该开口配置为将流体导管(例如，作为输入流体导管)连接到极板上的流场。当极板包括三个端口以从极板释放导电流体(例如电解质)时，绝缘件可以包括三个开口，这三个开口配置为将流场连接到流体导管(例如，作为输出流体导管)。因此，在一些实施例中，输入或输出流体端口的数量可以与绝缘件中的开口数量相同。在具体实施例中，流场是将开口入口和出口连接在一起的通道网络，其被设计成向电极表面均匀地供应流体/反应物。

在具体实施例中，绝缘件可以是包括几个部分的部件套件。图3C示出了绝缘件以及可以形成这种套件的一部分的插入件。例如，插入件可以用于在流场中分配流体或者从流场收集流体。根据该实施例，输入流体通过绝缘件的开口从导管行进到绝缘件，通过插入件，然后到达流场；并且输出流体从流场穿过另一个插入件，穿过可选绝缘件中的开口，并到达输出导管。值得注意的是，流体可以通过通道在插入件内循环，通道的设计在此不受限制。根据这些实施例，极板可以包括用于接收这种插入件的凹槽。例如，在具体实施例中，极板可以在每个面上包括两个凹槽，这种凹槽用于接收插入件，并且这种插入件被设计成配合极板凹槽并连接到流场。插入件，包括任何形成在其中的通道，在它们的设计和尺寸方面不受限制。插入件可以具有各种类型的图案(例如，绝缘件的一个通道分成几个通道以匹配流场，反之亦然)。插入件还可以通过提供使极板表面或流场与流体完全绝缘的通道来延伸导电路径。

在具体实施例中，绝缘件上的开口可以是各种尺寸和形状。特别地，绝缘件上的开口的尺寸和形状通常可以适合于极板上的端口的尺寸和形状，或者适合于使用插入件时插入件的存在。在具体实施例中，绝缘件上的开口的尺寸和形状与极板上的端口的尺寸和形状相匹配。在一些实施例中，绝缘件上的开口被设计成与极板上的端口对接。在一些其他实施例中，绝缘件上的开口的尺寸和形状匹配插入件上的开口的尺寸和形状。图2A-2D示出了具有呈现各种设计和数量的开口的绝缘件的各种具体实施例。绝缘件上的开口也可以设计成增加通过导电流体在相邻极板之间形成的导电通路的导电性。例如，可以最小化开口的横截面积(S)，以最小化穿过开口的导电路径的电导率。这样，开口的横截面面积(S)和绝缘层的长度(L)都可以选择，以降低导电路径的导电性。在具体实施例中，长度L具有上述值，而横截面积S小于5厘米。在具体实施例中，横截面积小于1厘米。在具体实施例中，横截面积小于100微米。

图7A示出了本发明的绝缘件的具体实施例，该绝缘件具有一个开口，该开口的特征在于其长度L和其横截面积S。长度L对应于如图2C所示的壁厚。

在具体实施例中，绝缘件包括至少一个开口，该开口的特征在于，其形状和长度增加了流体在两个极板的导电表面之间行进的距离。可以参考图8-10，图8-10示出了绝缘件的存在对漏电流的影响，特别是调节(即增加)开口的长度L或减小横截面积S以解决泄漏电流问题的有益效果。在本发明的具体实施例中，绝缘件中的每个开口具有满足以下等式的形状：

其中是系统的目标泄漏电流，U_cell是电解器的工作电压，S是穿过隔离器的开口的横截面积，L是通过隔离器的开口的路径长度，σanolyte是液体的电导率。相同的等式可用于设计绝缘件中的一组开口，值“S”包括绝缘件中多个开口的横截面积的总和。在均匀开孔的情况下，值“S”可以替换为“S'x nb”，其中S'是单个开孔的尺寸，nb是开孔的数量。在本发明的具体实施例中，电解器组件中相邻板之间的目标泄漏电流小于电解器组件的工作电流的20％。在本发明的具体实施例中，绝缘件的开口可以根据上面提供的等式和本文的教导来配置，以实现泄漏电流降低到电极组件的工作电流的5％。在本发明的具体实施例中，绝缘件的开口可以根据上面提供的等式和本文的教导来配置，以实现与没有本文公开的绝缘件的相同电极组件相比，泄漏电流减少10倍。

在具体实施例中，绝缘件可以由任何绝缘材料制成，例如但不限于任何绝缘聚合物成分。例如，绝缘件可以由选自以下项组成的组的聚合物制成：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA、尼龙)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚芳醚酮(PAEK，包括PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基(PFA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚芳硫醚(PAS，包括PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰亚胺(PI)。在具体实施例中，材料选自耐热材料，因为电解器中的能量损失会导致发热。插入件可以是本文所述绝缘件的独立部分，可以由与绝缘件相同的材料制成，例如上述聚合物。

在具体实施例中，电解器组件可以还包括至少一个垫圈，该垫圈配置为密封极板和绝缘件。垫圈可以由诸如硅橡胶的材料制成。在一些实施例中，极板可以包括至少一个凹槽，用于插入绝缘件、插入件和/或垫圈。术语“垫圈”在本文中以广义使用，作为密封极板和绝缘件之间的接合处的橡胶、聚合物或其他材料的成形片或环。这种垫圈可以有利地由绝缘材料制成。垫圈可能因其密封功能或防漏性能而具有优势。图11示出了包括垫圈的电解器组件的具体实施例。

在具体实施例中，在堆叠电解器部件之前，组装极板和绝缘件以及可选的插入件。绝缘件，包括插入件(如果存在的话)，可以例如胶合、附着或卡在极板上。

在电解器组件包括垫圈的具体实施例中，绝缘件和极板可以使用垫圈组装在一起，该垫圈例如可以位于极板和绝缘件之间。

在具体实施例中，绝缘层包括绝缘涂层。特别地，绝缘层可以是绝缘涂层的形式。在这些实施例中，绝缘涂层可以减少导电流体和极板之间的接触表面，从而降低通过相邻极板之间的导电流体的导电路径的传导率。特别地，绝缘涂层可以配置为在端口所在的区域(例如，接收或释放电解质或流体的板的区域)减少电解质和极板之间的接触表面。

图5和图7B示出了根据本发明的电解器组件的实施例的具有绝缘涂层的极板。图7B示出了绝缘层的具体实施例，其中涂层覆盖了极板的一个边缘，以及从该边缘开始的极板活性面的表面。特别地，从极板边缘开始的这种表面的长度L通常可以是上面相对于绝缘层的L提供的值。

在本发明的具体实施例中，电解器组件的每个电池可以包括MEA，该MEA包括配置为进行阴极输入流体的反应物的还原反应的阴极和配置为进行阳极输入流体的反应物的氧化反应的阳极，它们被一个或多个膜分开。一个或多个膜可以是阳极和阴极之间的至少一个离子传导界面。MEA还可以包括集成到阴极和阳极上和/或与阴极和阳极接触的一种或多种催化剂，以及与阴极和阳极接触的一种或多种多孔层。在本公开的上下文中，如上所述，阴极或阳极输入流体中的至少一种可以是导电电解质。

在本发明的具体实施例中，电解器堆可以包括夹在两个极板之间的MEA，如下所述并如图1A和1B或图11所示(用垫圈将部件密封在一起并保持阳极和阴极网络密封，避免反应物之间的任何直接接触)。

在离子传导界面包括流体的具体实施例中，可以在阳极和阴极之间设置附加的至少部分中空的中心流场，以允许这种附加流体的循环，同时为MEA提供机械完整性。

在具体实施例中，电解器组件的电极可以是平的或多孔的。在具体实施例中，电极可以是多孔的。多孔电极是包含互连空腔的复合固体。与平面电极相比，多孔电极中的互连空腔可以改变电极的物质传输行为和/或电化学行为。在电极是多孔的具体实施例中，它可以选自碳基多孔载体或无机多孔载体，例如但不限于金属基多孔材料或其组合。例如，多孔电极可以由钛、镍、银或其他材料制成。

在具体实施例中，电解器电极包含催化剂，其可以整合到电极中和/或与电极接触。在具体实施例中，阳极包括催化剂，例如以层的形式，其氧化阳极流体中的反应物以产生产物。如下所述，阳极催化剂可以嵌入、分散或沉积在多孔载体上。在具体实施例中，阴极包括催化剂，例如以层的形式，其还原阴极流体中的反应物以产生产物。阴极催化剂可以嵌入、分散或沉积在多孔载体上。

在具体实施例中，离子传导界面，也称为离子传导介质，可用于阴极和阳极之间，以确保阴极和阳极室之间的有效物理分离和离子传导。离子传导界面可以包括一个或多个膜、离子传导电解质、隔膜或氧化物传导材料如陶瓷。在具体实施例中，膜可以选自聚合物电解质膜，包括但不限于AEM、CEM和/或双极膜。在具体实施例中，使用膜可能是有利的，因为它们减轻了产物/气体从阴极向分离层的渗透。

在具体实施例中，AEM可以包含带正电荷的有机含N物质，例如但不限于吡啶鎓、咪唑鎓、哌啶鎓，以及提高机械/电子稳定性的附加官能团，例如苯乙烯或其他芳族或交联聚合物。市售AEM包括但不限于和/>

在具体实施例中，CEM可以包含阴离子官能团，例如但不限于由磺酸根、膦酸根或羧酸根组提供的那些。这可以负载在含有芳族、脂族或氟化碳链的聚合物上。市售CEM包括但不限于和/>

在具体实施例中，双极交换膜可以包含与上述任何AEM配对的上述任何CEM。在具体实施例中，双极交换膜可以选自市售产品，包括但不限于FBM和Xion。或者，它们可以包括上述膜的组合。双极交换膜还可以包括具有金属氧化物颗粒如TiO₂、IrO_x或NiO_x的中心水分离层。

在具体实施例中，催化剂可以采取各种形式。催化剂可以是层的形式。催化剂可以集成到电极上和/或与电极接触。特别地，整合到阳极上和/或与阳极接触的催化剂能够催化反应物的氧化反应以产生产物。整合到阴极上和/或与阴极接触的催化剂能够催化反应物的还原反应以产生产物。

在具体实施例中，催化剂可以选自包括金属基化合物、分子种类和添加剂的材料中的一种或组合。它们还可以包含至少一种选自由单金属位点化合物、金属化合物、碳基化合物、聚合物电解质(也称为离聚物)、金属有机骨架及其混合物组成的组。分子种类可以选自由金属卟啉、金属酞菁和金属联吡啶配合物组成的组。添加剂可以是基于卤化物的化合物，包括F、Br、I、Cl。添加剂可以特别配置以改变载体的疏水性。这种疏水处理的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)和/或碳布，例如但不限于Vulcan。

在具体实施例中，本文使用的催化剂也可以包含金属化合物，例如金属纳米颗粒、纳米线、纳米粉末、纳米阵列、纳米片、纳米管、枝晶、膜、层或中孔结构的形式。这种金属化合物可以包括Ag、Au、Zn、Cu、Ir、Pt、Fe、Ni、Co、Mn、Sn、Bi、Pd、Pb、Cd、Ru、Re、Rh、这些金属的合金或它们的混合物。单金属位点化合物或单金属位点异质化合物可以包括金属掺杂的碳基材料或金属氮碳基化合物。

在具体实施例中，聚合物电解质可以是包括与用于所列膜的材料相同的材料的一种或多种材料的组合。

在具体实施例中，碳基化合物可以包括选自由碳纳米纤维、碳纳米管、炭黑、石墨、掺硼金刚石粉末、金刚石纳米粉末、氮化硼及其组合组成的组的至少一种材料。

在具体实施例中，催化剂嵌入、分散或沉积在多孔载体上。多孔载体可以促进阳极和阴极流体扩散到催化基团。多孔载体可以选自由碳基多孔载体和无机多孔载体或其组合组成的组，例如但不限于金属基多孔载体。

在具体实施例中，碳基多孔载体可以基于碳纤维、碳布、碳毡。例如，它们可以是具有或不具有微孔层的气体扩散层。市售碳基多孔载体包括但不限于39BC、35BC、/>28BB、/>28BC、Toray papers、/>H23C6、其有或没有微孔层。

在具体实施例中，金属基多孔载体可以选自由钛、不锈钢、镍及其混合物组成的组。它们可以是网、玻璃料、泡沫、布或板的形式。

在具体实施例中，本发明的电解器组件包括：布置成堆叠的多个电池，每个电池包括：配置为进行阴极输入流体的反应物的还原反应的阴极；配置为执行阳极输入流体的反应物的氧化反应的阳极；其中阴极或阳极输入流体中的至少一种是导电电解质；配置为输送导电电解质和至少一种其他流体的至少四个导管；至少两个双极板，其包括两个活性面，这种活性面包括配置为使电解质和至少一种其他流体与阴极和阳极接触的流场；以及布置在极板和输送电解质的导管之间的绝缘层，所述层包括至少一个开口，该开口配置为将电解质导管连接到流场。

在该实施例中，电解器组件可以还包括至少一个，例如两个单极板，其中每个单极板包括一个活性面和一个非活性面，这种活性面包括配置为使电解质或至少一种其他流体与阴极和阳极接触的流场。

在一些实施例中，本发明的电解器组件包括布置成堆叠的多个电池，每个电池包括MEA，MEA包括：配置为进行阴极输入流体的反应物的还原反应的阴极；配置为执行阳极输入流体的反应物的氧化反应的阳极；其中阴极或阳极输入流体中的至少一种是导电电解质；阳极和阴极之间的离子传导界面；整合到阴极和阳极上和/或与阴极和阳极接触的催化剂；与阴极和阳极接触的多孔层；其中：a)电池通过至少一个双极板彼此分开；b)在堆的每一端提供单极板；c)每个单极板包括一个活性面和一个非活性面；d)每个双极板包括两个活性面，其中一个活性面与堆中一个电池的阳极接触，双极板的相对活性面与堆中相邻电池的阴极接触；e)每个极板包括至少四个孔，其配置为向极板供应和移除输入和输出流体，这些孔中的至少两个配置为向极板供应和移除导电电解质；f)极板的活性面包括流场，该流场配置为使流体与阴极和阳极接触；g)组件包括至少四个导管，导管配置为输送电解器中的流体，这些导管中的至少两个配置为输送导电电解质；以及h)绝缘层布置在极板和输送电解质的导管之间，所述层包括至少一个开口，该开口配置为将电解质导管连接到流场。

在具体实施例中，电解器组件的每个极板使得当极板在电池堆中对齐时，孔配置为限定导管。在这些实施例中，当在电解器组件中堆叠极板时，形成导管。这些导管在本文中被称为内部导管。可以参考图1A、1B和11，其示出了根据本发明具体实施例的电解器组件的各种部件的对准，其中导管是内部导管。当这些部件堆叠在电解器中时，这些孔对齐并形成用于运行时电解器中流体循环的导管。

在具体实施例中，导管是电解器组件的独立部件。这些导管在本文中被称为外部导管。可以参考图6，其示出了一个实施例，其中导管是外部导管。

电解器中的多个电解电池可以根据各种配置来布置。

在具体实施例中，电解电池可以串联布置。根据这些实施例，电池的阳极(发生氧化反应的地方)电连接到后续电池的阴极(发生还原反应的地方)，等等。

在具体实施例中，电池可以具有各种形状，包括但不限于圆形或多边形。例如，它们可以是矩形(特别是正方形)、五边形、六边形或八边形。布置在电解堆中的电池可以具有相同、相似或不同的形状。

如上所述，双极板包括两个活性面，这意味着双极板的两面都包括多个流场。因为它们位于电池堆的一端，所以单极板仅包括一个活性面，这意味着仅与电极接触的面有利地包括多个流场。可以与电解器的端板直接或间接接触的单极板的非活性面通常不包括多个流场。

在具体实施例中，每个双极板包括至少四个孔，这些孔配置为接收或释放四种不同的流体。更具体地，至少四个孔可以如下配置：一个孔接收阴极输入流体，当极板在电池组中对齐时，该孔限定一个导管，该导管向双极板供应阴极输入流体，一个孔接收阳极输入流体，当极板在电池组中对齐时，该孔限定一个导管，该导管向双极板供应阳极输入流体，一个孔释放阴极输出流体，当极板在电池组中对齐时，该孔限定一个导管，该导管去除阴极输入流体来自双极板的输入流体和一个释放阳极输出流体的孔，当双极板在电池堆中对准时，该孔限定一个导管，该导管从双极板移除阳极输入流体。

在具体实施例中，每个单极板包括至少四个孔，其中这些孔中的两个是活性的，两个是非活性的。与双极板类似，活性孔配置为接收输入和输出流体，而非活性孔不用于接收或释放任何流体。即使单极板不打算主动接收和释放四种不同的流体，单极板仍可包括至少四个开口，因为单极板是包括双极板的堆的一部分，双极板本身包括至少四个孔，当极板在电池堆中对齐时，整个电池堆配置为限定至少四个歧管。在这些实施例中，单极板孔可以根据如下两个实施例来配置。在第一实施例中：一个孔用于接收阴极输入流体的；一个孔用于释放阴极输出流体；和两个非活性孔。在第二实施例中：一个孔用于接收阳极输入流体；一个孔用于释放阳极输出流体；和两个非活性孔。

因此，在这些实施例中，每个双极板包括至少四个孔，其可以如下配置：一个孔通过阴极入口接收阴极输入流体；一个孔用于通过阳极入口接收阳极输入流体；一个孔用于通过阴极出口释放阴极输出流体；和一个孔用于通过阳极出口释放阳极输出流体。

在这些实施例中，每个单极板包括至少四个孔，这些孔可以根据如下两个实施例来配置。在第一实施例中，一个孔用于通过阴极入口接收阴极输入流体；一个孔用于通过阴极出口释放阴极输出流体；和两个非活性孔。在第二实施例中：一个孔用于通过阳极入口接收阳极输入流体；一个孔用于通过阳极出口释放阳极输出流体；和两个非活性孔。

本文所述的极板可以包括多于四个的孔。例如，它们可以总共包括五个、六个、七个或八个孔，其中四个用于如上所述在电解器中循环输入和输出流体。当极板在电池堆中对准时，附加的孔可以配置为限定附加的导管，其中歧管可以例如供应和/或移除电解器中的冷却剂，或者附加的导管可以用于对中目的。

极板可以包括不锈钢(包括但不限于316L)、钛、石墨或任何其他导电材料。例如，极板可以由平坦的金属片形成，其提供导电性并且易于生产。平坦金属板可以具有数百微米、毫米或厘米的厚度，例如100微米至5厘米，特别是100微米至1厘米，特别是5毫米至5厘米，特别是1毫米至5毫米。

在具体实施例中，极板可以涂覆有一个或多个全部或部分表面涂层，例如包含Ti、Cr、Nb、Ni、Fe、Au的涂层。表面涂层可能有利于最小化接触电阻和提高耐化学性(特别是耐腐蚀性)。表面涂层可以在极板的一面上或者在极板的两面上，例如在双极板的一面上或者在单极板的两面上。

在具体实施例中，电解器组件可以还包括以下至少一个：配置成进行还原反应的阴极；配置为执行氧化反应的阳极；阳极和阴极之间的离子传导界面；整合到阴极和阳极上和/或与阴极和阳极接触的催化剂；与阴极和阳极接触的多孔层；夹板；根据需要在电解器的几个部件之间提供密封和绝缘的非导电垫圈；输入流体的入口和输出流体的出口；传感器/捕集器，用于分析输入流体和/或输出流体和/或堆叠操作的任何其他参数；调节电解器中流体的进入和/或排出和/或电池组操作的任何其他参数的致动器；和/或具有存储器和处理器的控制系统。

在具体实施例中，在堆的端部，单极板与终端电池接触。集电器允许连接到外部电源，除了其他元件之外，外部电源也可以用于电池堆的电气监控。堆装配在电池组外壳内，允许其机械支撑，以及向电池堆提供和从电池堆输送流体，即反应物和产物。堆外壳包括端板，端板确保电池组的电绝缘，并为循环流体(包括阴极和阳极输入和输出流体)提供入口和出口。

在具体实施例中，电解器组件的部件，例如相对端板之间的部件，可以通过多个拉杆紧固在一起。或者，电解器组件可以放置在箱形外壳中。或者，也可以用夹子或皮带或上述任何一种方式的组合来拉紧。

在具体实施例中，在电解器运行期间，还原反应发生在阴极侧，而氧化反应发生在阳极侧。由于循环的输入和输出流体携带反应物和产物，这些反应在电解器中发生。反应物和产物可以是它们的中性和/或离子化形式。

在具体实施例中，阴极输入流体包括至少一种反应物，该反应物选自由CO₂、CO、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、任何含碳酸氢盐或碳酸盐的溶液、液体或蒸汽形式的水(H₂O)、Ar、N₂、NO_x、SO_x、H₂、CH₄的组成的组。阴极输入流体可以是来自直接空气捕获单元、来自包括海水在内的水的CO₂捕获单元、任何类型的工业废气的流，例如但不限于来自化工厂、精炼厂、发电厂、钢厂、水泥厂、酒精生产厂或任何生物反应器，包括但不限于发酵罐、沼气厂，所有前述的具有或不具有在先的捕获和/或净化和/或分离预处理。这种流体可以在任何压力和/或温度下提供，并且前述物质可以以任何物理状态提供，例如但不限于液体和/或气体和/或超临界和/或在液体中溶剂化。阴极流也可以包含溶解的盐，例如但不限于CsOH、KOH、CsHCO₃、Cs₂CO₃、CsCl、CsBr、CsI、KHCO₃、K₂CO₃、KCl、KBr、KI、NaHCO₃、Na₂CO₃、NaCl、NaBr和NaI。阴极输入流体提供将被电化学还原的反应物。

在具体实施例中，阴极输入流体包括包含被捕获的CO₂的捕获溶剂(也称为液体吸附剂)。捕获溶剂可以包括化学溶剂和/或物理溶剂中的一种或混合物。这种溶剂也可以与水混合。所用的溶剂可以是现有技术中可获得的任何溶剂，包括以下的一种或混合物：水、醇(例如但不限于甲醇)、有机硫化合物(例如四氢噻吩)、碳酸丙烯酯、离子液体、金属氢氧化物(例如但不限于氢氧化钠，氢氧化铯，氢氧化钾)、金属碳酸氢盐和碳酸盐(例如但不限于碳酸氢铯，碳酸铯，碳酸氢钾，碳酸钾，碳酸钠，碳酸氢钠)、酮(例如但不限于丙酮)、胺(特别是但不限于链烷醇胺，例如但不限于甲基二乙醇胺、一乙醇胺)。这种输入流体可以被加压以产生加压的含二氧化碳的溶剂，同样被称为富含二氧化碳的捕获溶剂。这对于从稀释流(例如工业废气、发动机、发电厂、直接空气捕获或海水CO₂捕获系统、生物源)捕获CO₂以及在电解器系统中直接使其至少一部分反应以生产至少一种CO₂减少产物或其混合物(例如但不限于一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烯、二甲醚、乙醇、丙醇、甲酸、草酸盐以及任何其它可获得的烷烃、烯烃、羧酸、醇、醛或酮)都是有利的。这种系统对于生产气态二氧化碳减少产物特别有利，所述产物例如但不限于甲烷、CO、乙烯、丙烯、二甲醚，因为它允许利用电解产生的气态产物与捕获溶剂中的CO₂的溶解度相比更低的溶解度，以将产物与液体吸附剂中未反应的CO₂分离，液体吸附剂然后可以在潜在的额外加压后再循环到电解器中。在这种系统中，绝对压力优选高于5巴，特别是10巴，特别是高于20巴，优选高于30巴，特别是高于40巴，包括高于50巴，特别是高于60巴，优选高于70巴，特别是高于80巴，特别是高于90巴，特别是高于100巴，优选高于110巴，特别是高于120巴，包括高于130巴，特别是高于140巴，优选高于150巴，特别是高于160巴，特别是高于170巴，优选高于180巴，特别是高于190巴，特别是高于200巴。

在具体实施例中，阳极输入流体包括至少一种反应物，该反应物选自由氢气(H₂)、水(H₂O)、有机物质组成的组，例如但不限于甘油、溶解在水溶液或有机溶液中的盐，例如选自由以下项组成的组：CsOH、KOH、CsHCO₃、Cs₂CO₃、CsClO₄、CsCl、CsBr、CsI、Cs₂SO₄、KHCO₃、K₂CO₃、KClO₄、KCl、KBr、KI、K₂SO₄、NaHCO₃、Na₂CO₃、NaClO₄、NaCl、NaBr和NaI、Na₂SO₄。阳极输入流体提供将被电化学氧化的反应物。离子的存在也有利于促进离子传导界面(例如但不限于膜)的离子传导活性。

在具体实施例中，阳极处的氧化反应选自由在酸性环境中进行的反应和在碱性环境中进行的反应组成的组，例如但不限于：

－酸性环境中的阳极反应，例如：

2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-(1)

2CO3^2-→O₂+2CO₂+4e^-(2)

HCO₃ ^2-→1/2O₂+CO₂+H⁺+2e^-(3)

H₂→2H⁺+2e^-(4)

Cl^-→Cl₂+2e^-(5)

Br^-→Br₂+2e^-(6)

I^-→I₂+2e^-(7)

C₃H₈O₃(甘油)→C₃H₈O₃(甘油醛)+2H⁺+2e^-(8)

C₃H₈O₃(甘油)+H₂O→C₃H₅O₄ ^-(甘油酸酯)+5H⁺+4e^-(9)

C₃H₈O₃(甘油)+3/2H₂O→3/2C₂H₃O₃ ^-(甘油酸酯)+13/2H⁺+5e^-(10)

C₃H₈O₃(甘油)+3H₂O→3HCOO^-(甲酸盐)+11H⁺+8e^-(11)

C₃H₈O₃(甘油)+3H₂O→3/2C₂O₄ ^2-(甲酸盐)+14H⁺+11e^-(12)

－中性/碱性环境中的阳极反应，例如：

4OH^-→O₂+H₂O+4e^-(13)

2CO₃ ^2-→O₂+2CO₂+4e^-(14)

HCO₃ ^2-+OH^-→1/2O₂+CO₂+H₂O+2e^-(15)

H₂+2OH^-→2H₂O+2e^-(16)

Cl^-→Cl₂+2e^-(17)

Br^-→Br₂+2e^-(18)

I^-→I₂+2e^-(19)

C₃H₈O₃(甘油)+2OH^-→C₃H₈O₃(甘油醛)+2H₂O+2e^-(20)

C₃H₈O₃(甘油)+5OH^-→C₃H₅O₄ ^-(甘油酸酯)+4H₂O+4e^-(21)

C₃H₈O₃(甘油)+13/2OH^-→3/2C₂H₃O₃ ^-(甘油酸酯)+5H₂O+5e^-(22)

C₃H₈O₃(甘油)+11OH^-→3HCOO^-(甲酸盐)+8H₂O+8e^-(23)

C₃H₈O₃(甘油)+14OH^-→3/2C₂O₄ ^2-(甲酸盐)+11H₂O+11e^-(24)

在具体实施例中，阴极处的还原反应选自由在酸性环境中进行的反应和在碱性环境中进行的反应组成的组，例如但不限于：

－酸性环境中的阴极反应，例如：

CO₂+2H⁺+2e^-→CO+H₂O(25)

CO₂+2H₂O+2e^-→HCOOH+2OH^-(26)

2CO₂+12H⁺+12e^-→C₂H₄+4H₂O(27)

CO₂+8H⁺+8e^-→CH₄+2H₂O(28)

2CO₂+12H⁺+12e^-→CH₃CH₂OH+3H₂O(29)

2CO₂+2H⁺+2e^-→COOH-COOH(30)

2CO₂+4H⁺+4e^-→HCO-COOH+H₂O(31)

2H⁺+2e^-→H₂(32)

2CO+8H⁺+8e^-→C₂H₄+2H₂O(33)

2CO+8H⁺+8e^-→CH₃CH₂OH+H₂O(34)

3CO+6H⁺+6e^-→C₂H₃COOH+H₂O(35)

3CO+6H⁺+12e^-→C₃H₆+3H₂O(36)

3CO+12H⁺+12e^-→C₃H₈O+2H₂O(37)

－中性/碱性环境中的阴极反应，例如：

CO₂+H₂O+2e^-→CO+2OH^-(38)

CO₂+H₂O+2e^-→HCOO^-+OH^-(39)

2CO₂+8H₂O+12e^-→C₂H₄+12OH^-(40)

CO₂+6H₂O+8e^-→CH₄+8OH^-(41)

2CO₂+9H₂O+12e^-→CH₃CH₂OH+12OH^-(42)

2CO₂+2H₂O+2e^-→COOH-COOH+2OH^-(43)

2CO₂+3H₂O+3e^-→HCO-COOH+3OH^-(44)

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-(45)

2CO+6H₂O+8e^-→C₂H₄+8OH^-(46)

2CO+7H₂O+8e^-→CH₃CH₂OH+8OH^-(47)

2CO+3H₂O+NH₃+4e^-→C₂H₃CONH₂+4OH^-(48)

3CO+5H₂O+6e^-→C₂H₃COOH+6OH^-(49)

3CO+9H₂O+12e^-→C₃H₆+12OH^-(50)

3CO+10H₂O+12e^-→C₃H₈O+12OH^-(51)

因此，在这些实施例中，阳极输出流体可以包括至少一种选自由O₂、CO₂、H₂O及其混合物组成的组的产物，这种产物为中性形式或离子化形式。此外，阴极输出流体可以包括至少一种选自由以下项组成的组的产品：CO、CO₂、HCOOH(甲酸)、CH₃CH₂OH(乙醇)、CH₄(甲烷)、COOH-COOH(草酸)、COH-COOH(乙醛酸)、C₂H₄(乙烯)、C₃H₈(丙烷)、C₃H₆(丙烯)、C₃H₈O(丙醇)及其混合物，这些产物为中性形式或离子化形式。例如，甲酸产物可以是HCOOH或其相应的电离形式HCOO^-的形式。

在操作过程中，一个或多个泵可以产生流体的反应物和产物通过电解器组件内的电解器和极板流场的流动。

现在参照附图解释本发明的具体实施例，这些附图不旨在限制本发明的范围。

图1A和图1B示出了根据本发明一些实施例的电解器组件。

图1A描绘了两个双极板4和6以及两个膜电极组件10和12。特别地，膜电极组件10和12通过双极板6彼此分开。双极板4和6各自包括四个孔(即，双极板4上的孔21、22、23和24；双极板6上的孔26、27、28和29(孔28未示出))。这些孔位于极板的外围，并且是矩形的。双极板4和6也分别包括流场44和46。堆的流场用于在膜电极组件10和12的表面上分配流体。

图1B描绘了与图1A类似的组件，具有两个双极板5和7以及两个膜电极组件11和13；图1B所示的膜电极组件11和13的形状和尺寸不同于图1A所示的膜电极组件10和12的形状和尺寸。值得注意的是，膜电极组件11和13包括与双极板5和6的孔对齐的四个孔。特别是，MEA 11包括孔31、32、33和34(孔34未示出)。双极板5和7也分别包括流场45和47。

图1A和图1B还示出了附接到极板的某些孔的绝缘件。特别是，如图1A所示，绝缘件52和53连接到双极板4上，更准确地说，分别连接到双极板4的孔22和23上。此外，绝缘件57附接到双极板6的孔27。

例如，绝缘件52在输入导管(未示出)和双极板4的孔22之间提供电绝缘。绝缘件23在输出导管(未示出)和双极板4的孔23开口之间提供电绝缘。

如图1B所示，绝缘件62、63和64连接到双极板5和7的某些孔上。

图2A、2B、2C和图2D示出了绝缘件的具体实施例。这些图中所示的每一个绝缘件都是具有底部和四个壁的矩形。绝缘件通常是横向的，这意味着当绝缘件位于极板上时，诸如导电电解液的流体可以在导管中流动。这些实施例中的绝缘件是中空件，使得流体可以穿过它们并通过它们的开口分配到极板。如图2A、2B、2C和图2D所示，基部延伸到壁的外部，并形成围绕工件的肩部(即，图2A中的附图标记105)。这种肩部在制造过程中可能是有帮助的，例如当在组件中堆叠部件之前将绝缘件定位在极板上时。

如图2A所示，绝缘件101包括具有肩部105的基部，并形成彼此平行的第一对相对壁110和111以及彼此平行并垂直于所述第一对相对壁110和111的第二对相对壁120和121。绝缘件101的壁121包括开口131，该开口131配置为将导管连接到电解器组件中的流场。如下所述，可以调节壁121的厚度(表示为L)，以增加两个极板之间的泄漏电流路径。

如图2B、2C和2D所示，绝缘件102、103和104各自的开口132、133和134不同于绝缘件101的开口131。开口可以是通道，使得开口完全由在垂直于开口主方向的所有方向上围绕绝缘件材料限定，或者它们可以是沟槽，至少一侧由间隙限定。如图2B所示，绝缘件102包括壁122上的一个开口132，该开口是通道。

如图2C所示，绝缘件103包括壁123上的几个开口133。特别地，绝缘件包括七个开口133a、133b、133c、133d、133e、133f和133g。图示的七个开口133都是相同的，但是它们可以具有不同的形状和尺寸。基于极板上的端口，开口的数量也可以调整。

如图2D所示，绝缘件104包括壁124上的六个开口134，即开口134a、134b、134c、134d、134e和134f。绝缘件103和104上的开口133和134是通道，而绝缘件131上的开口131是沟槽。

可以调节绝缘件的壁厚L，以增加电解质导管和极板上流场之间的距离。可以调节分别包括开口131、132、137和138的壁121、122、123和124的厚度，以增加电解质导管和极板上流场之间的距离。如图2C所示，壁123的厚度L大于绝缘件的另外三个壁124、125和126的厚度。

在具体实施例中，绝缘件的开口(例如，131、132、133或134)配置为与绝缘件打算连接到的极板的流场对接，特别是与这种极板的端口对接。

图3A、3B和3C示出了根据特定实施例的绝缘件在被定位(例如附接、胶合和/或卡合)在双极板上之前，与极板中的孔的透视图。这些图示出了本文所述的部件套件的具体实施例。

如图3A所示，具有七个开口135的绝缘件105呈现出适于配合极板8的孔71的设计。如图3C所示，极板8还包括多个流场48和用于容纳插入件的空腔81。

图3B描绘了具有四个开口136的绝缘件106，这种绝缘件呈现出适于配合双极板9的孔72的设计。双极板9还包括多个流场49。图3B还示出了位于双极板9的孔72中的极板上的端口92。四个端口92a、92b、92c和92d可以是入口或出口，通过这些端口操作输入流体或输出流体的供应，输入流体或输出流体可以是导电电解质。双极板9上的这些端口92连接到流场49。特别地，四个开口136a、136b、136c和136d配置为连接双极板9上的端口92a、92b、92c和92d，并将循环流体(例如，导电电解质)连接至流场49。

双极板9还包括孔73，其显示了双极板9的相对面上的端口93。这些端口93a、93b和93c连接到双极板9的相对面上的流场(未示出)。

双极板9上的孔72和73以及相应的端口92和93用于接收/释放输入流体和/或输出流体。

图3C描绘了与插入件107b一起使用的绝缘件107a。件107a包括一个开口137，这样的件107a呈现出适于配合极板15的孔75的设计。极板15还包括空腔85，其用于接收插入件107b。特别地，插入件107b呈现出适于配合空腔85并将流体与极板15上的流场43连接的设计。件107a和插入件107b旨在彼此配合，并有助于流体通过极板的孔循环。

更一般地，当绝缘件是几个部分，并且包括插入件形式的部分时，该插入件可以用于将流体分布在流动的流体中，或者从极板的流场收集流体。该插入件，包括其通道(图3C中未示出)，在其设计和尺寸方面不受限制。例如，插入件的通道可以是这样的，一个输入通道分成几个输出通道，特别是当极板包括多个流场时。绝缘件的插入部分中的输出通道的数量可以与流场的数量相同。

图4示出了根据具体实施例的部件套件，其中绝缘件106定位(例如，附接、胶合和/或卡合)在孔72中的双极板9上。特别地，四个开口136a、136b、136c和136d配置为连接双极板9上的端口92a、92b、92c和92d(图4中未示出)，并将循环流体(例如导电电解质)连接至流场49。

图5示出了具有绝缘层201的极板17，绝缘层201的形式是覆盖极板17的涂层。在所示的情况下，绝缘层201覆盖极板17的边缘。极板17特别包括流场42。

图6示出了具有涂层形式的绝缘层201的极板17，其中极板包括流场42。该图还描绘了与极板17的一个边缘170接触的导管301。极板17包括两个端口152a和152b，它们更精确地位于极板17的边缘170上。根据该实施例，极板不包括孔，当极板在电解器组件中对齐时，孔产生流体导管。相反，当电解器运行时，外部导管(例如，外部导管301)用于输送电解器组件中的流体。在图6中，极板17上的端口152a和152b的数量与导管301中的开口302a和302b的数量以及绝缘涂层201中的开口(未示出)的数量相同。

图7A-7B是根据本发明具体实施例的绝缘层的等轴视图。图7A示出了本发明的绝缘件的具体实施例，该绝缘件具有一个开口，该开口的特征在于其长度L和其横截面积S。

图7B示出了绝缘涂层形式的绝缘层的具体实施例，其中涂层覆盖了极板的一个边缘，以及从该边缘开始的极板活性面的表面。图7B示出了这种表面从极板边缘开始的长度L。除了所示的一面之外，电解器的极板还可以在极板的其他面上涂覆这种涂层，以便为在这些面上对齐的导管提供涂层。

图8、9和10示出了根据几个实施例的两个连续极板之间的泄漏电流。图8与相关技术一致，并示出了没有绝缘层，例如没有绝缘层的电解器组件中的电流泄漏流。图9和图10都示出了根据本发明具体实施例的电解器组件中的电流泄漏流，该电解器组件包括位于极板上的绝缘件形式的绝缘层，其例如附着、胶合或卡合到极板上。根据图10，绝缘件包括长度大于图9所示通道的通道。

图8、9和10显示了与膜电极组件14和16组装成一堆的一对双极板18和19的剖视图。该组件还包括位于极板18和19与膜电极组件14和16之间的垫圈401、402和403(如图11所示)。这些图还示出了分别位于极板18和19上的入口98和99，通过这些入口操作导电电解液的供应，其循环由粗箭头表示。还示出了极板18和19中的通道518和519(即流场)。

图9描绘了定位(例如，附接、胶合或卡合)在双极板18上的绝缘件68和定位(例如，附接、胶合或卡合)在双极板19上的绝缘件69。图10描绘了定位(例如，附接、胶合或卡合)在双极板18上的绝缘件65和定位(例如，附接、胶合或卡合)在双极板19上的绝缘件66。

如图8所示，导电流体的循环在相邻的导电极板18和19之间产生了潜在的电接触。这些接触会导致泄漏电流，在这些图中用双面细箭头表示。本发明的具体实施例解决了这些问题。如图9所示，绝缘件68和69增加了通过相邻导电极板之间的循环导电流体的距离，从而显著降低了泄漏电流或者甚至防止了泄漏电流。

可以注意到，绝缘件65和66与绝缘件68和69的不同之处在于它们的壁厚(即，它们的开口的长度)，特别地，这些壁包括将导管连接到电解器组件中的流场的开口。特别地，绝缘件65和66在其壁上包括开口135和136。绝缘件68和69的开口的长度L1(即，壁的厚度L1)小于绝缘件65和66的开口的长度L2(即，壁的厚度L2)。换句话说，L2>L1。在图10中，寄生电流的路径比图9中的路径长得多，这总体上减少了它们在电解器组件中的出现。虽然图9和图10中所示的绝缘件都解决了泄漏电流的问题，但是图10示出了可以调整绝缘件的设计以有助于更大程度地降低泄漏电流的思想。

图11示出了根据本发明具体实施例的电解器组件。电解器组件包括两个双极板604和606，一个MEA 610，其中双极板和MEA都包括位于这些组件部件604、606和610外围的四个孔。图11还示出了双极板604和606包括位于它们的某些孔上的绝缘件614和616。电解器组件还包括垫圈620、622、624和626，它们位于电解器堆中的极板604和MEA 610之间，以及MEA 610和双极板606之间。

图3A、3B和3C示出了根据本发明具体实施例的部件套件，其中绝缘件没有连接到极板上。图4示出了部件套件，其中一个绝缘件连接到极板上。

在具体实施例中，至少一个绝缘件被定位(例如，附着、胶合或点击)在部件套件中的极板上。在具体实施例中，该至少一个绝缘件不定位(例如，不附接、不胶合或不点击)在部件套件中的极板上。

在具体实施例中，部件套件使得绝缘件的至少一个开口配置为与极板的流场对接(interface)。

在具体实施例中，绝缘件配置为当电解器运行时减少暴露于流体(例如，电解质和/或流体)的极板表面。

在具体实施例中，部件套件包括双极板和/或单极板。

在具体实施例中，部件套件包括至少一个垫圈，该垫圈配置为密封极板和绝缘件。部件套件可以包括一个以上的垫圈，例如两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或十个。

在具体实施例中，绝缘件是几个部分，并且包括用于将流体分布在流动流体中或者从流场收集流体的插入件。

在具体实施例中，极板包括至少一个用于插入绝缘件、插入件和/或垫圈的凹槽。

在具体实施例中，提供了一种操作电解器的方法。该方法包括向电解器组件供应导电流体和电流；使电解质通过极板，以进行还原反应或氧化反应；以及从电解器中移除流体。该方法还可以包括以下步骤：向电解器供应阳极输入流体、阴极输入流体和电流，其中阴极或阳极输入流体中的至少一种是导电电解质；使流体通过极板，以便在阴极进行还原反应，在阳极进行氧化反应；以及从电解器中移除阳极输出流体和阴极输出流体。

在具体实施例中，该方法是连续的，例如连续供给和抽取流体，或者是自动的。

在具体实施例中，该方法是这样的：还原反应是二氧化碳的还原；氧化反应是水、氢氧化物或碳酸氢盐的氧化。

在具体实施例中，该方法是这样的：还原反应是水的还原；氧化反应是水或氢氧化物的氧化。

在具体实施例中，本文所述的电解器组件用于将二氧化碳转化成氧化碳。

在具体实施例中，本文所述的电解器组件用于将水转化成氢气。在将本文描述的电解器组件用于水电解的实施例中，水可以从入口供应到输入阳极导管，并且可以通过电连接到端子的电源从位于端板上的端子施加电压。因此，在每个单元电池中，水从输入导管经由极板的入口供应到第一极板的流场。水在阳极室(例如催化剂层)中被电分解，产生氢离子、电子和氧气。也就是说，在阳极处引发以下氧化反应：

H₂O→2H⁺+2e^-+1/2O₂(氧化反应) (52)

氧化反应中产生的氢离子穿过离子传导界面(例如膜)流向阴极室(例如催化剂层)，并与电子结合产生二氢。也就是说，在阴极引发以下还原反应：

2H⁺+2e^-→H₂(还原反应) (53)

因此，二氢沿着相对的双极板的流场流动。氢气通过极板的出口流到输出导管，到达电解器组件的外部。反应中产生的氧气和未反应的水流过第一极板的流场，并通过排放通道48排放到外部。

在具体实施例中，本文所述的绝缘件用于防止或减少电解器运行时的泄漏电流。

虽然已经针对本发明的特定实施例详细描述了说明书，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容的基础上，可以容易地想到这些实施例的变更、变化和等同物。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以实施对本发明的这些修改和变化，本发明的范围在所附权利要求中更具体地阐述。

Claims

1.一种电解器组件，包括：

电池堆；

多个极板，所述多个极板在所述电池堆中；

多个流场，所述多个流场在所述多个极板之间；

导管，所述导管流体连接所述多个流场中的流场；

导电流体，所述导电流体在所述导管中；

多个绝缘层，所述多个绝缘层布置在所述多个流场的导电表面和所述导管之间；以及

多个开口，所述多个开口在多个绝缘层中，所述多个开口提供在所述导管和所述多个流场之间的多个流体连接。

2.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述多个绝缘层由所述多个极板上的绝缘涂层形成。

3.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述绝缘涂层覆盖所述多个极板的多个边缘的至少1000微米。

4.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述多个绝缘层由附接到所述多个极板中的多个孔的多个绝缘件形成；以及

所述导管至少部分地由所述多个孔和所述多个绝缘件形成。

5.根据权利要求4所述的电解器组件，其中：

所述多个绝缘件包括多个开口；

所述多个开口流体连接到所述多个流场；以及

所述多个开口是以下至少一种：长度至少为1000微米的多个沟槽；和长度至少为1000微米的多个通道。

6.根据权利要求5所述的电解器组件，还包括：

多个插入件，所述多个插入件将所述多个开口流体连接到所述多个流场。

7.根据权利要求4所述的电解器组件，其中：

所述多个绝缘件包括多个开口；

所述多个开口是多个通道；

所述多个开口流体连接到所述多个流场；以及

所述多个通道各自具有通道横截面S和通道长度L，其中L大于1厘米，S小于1厘米。

8.根据权利要求4所述的电解器组件，其中所述多个绝缘件由来自以下组的至少一种聚合物制成：

丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA、尼龙)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚芳醚酮(PAEK，包括PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基(PFA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚芳硫醚(PAS，包括PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰亚胺(PI)。

9.根据权利要求4所述的电解器组件，其中所述多个绝缘件：

被成形为减少暴露于所述导电流体的所述多个极板的表面。

10.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述导电流体是所述电池堆的阴极输入流体。

11.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述导电流体是导电阳极电解液。

12.根据权利要求1所述的电解器组件，其中所述多个流场具有来自以下的组的至少一种配置：

梯形配置、单通道蛇形配置、多通道蛇形配置；交叉配置；柱形配置；受生物启发的配置；和叶状配置。

13.根据权利要求1所述的电解器组件，其中：

所述多个极板具有多个孔；以及

所述导管至少部分地由所述多个孔形成。

14.一种用于电解器组件电池的部件套件，包括：

具有至少一个流场的极板，所述至少一个流场被定位成当所述电解器组件电池在电解器组件中时流体连接到导管；以及

至少一个绝缘件，所述至少一个绝缘件成形为当所述电解器组件电池在所述电解器组件中时布置在所述至少一个流场的导电表面和所述导管之间。

15.根据权利要求14所述的部件套件，还包括：

孔，所述孔在所述极板中；

其中所述至少一个绝缘件被成形为附接到所述极板中的所述孔。

16.根据权利要求15所述的部件套件，其中：

所述至少一个绝缘件包括开口；

当所述至少一个绝缘件附接到所述极板中的所述孔时，所述开口流体连接到所述至少一个流场；以及

所述开口是以下之一：长度至少为1000微米的沟槽；和长度至少为1000微米的通道。

17.根据权利要求16所述的部件套件，还包括：

凹槽，所述凹槽在所述极板中；以及

插入件，所述插入件被成形为插入到所述凹槽中，并且当所述插入件被插入到所述凹槽中时将所述开口流体连接到所述流场。

18.根据权利要求15所述的部件套件，其中：

所述至少一个绝缘件包括开口；

当所述至少一个绝缘件附接到所述极板中的所述孔时，所述开口流体连接到所述至少一个流场；

所述开口是通道；以及

所述通道具有通道横截面S和通道长度L，其中S小于1厘米，L大于1厘米。

19.根据权利要求15所述的部件套件，其中所述绝缘件由来自以下组的至少一种聚合物制成：

20.根据权利要求14所述的部件套件，还包括：

所述极板配置为在阴极和阳极之间施加电势；以及

所述至少一个流场用于阴极输入流体。

21.根据权利要求14所述的部件套件，其中所述绝缘件：

被成形为当所述电解器组件电池在所述电解器组件中时减少暴露于所述导管中的导电流体的所述极板的表面。

22.根据权利要求14所述的部件套件，其中所述流场具有来自以下的组的至少一种配置：

23.根据权利要求14所述的部件套件，还包括：

孔，所述孔在所述极板中；以及

其中当所述电解器组件电池在所述电解器组件中时，所述导管部分地由所述孔形成。

24.一种电解器组件电池，包括：

第一双极板的第一活性面；

第一流场，所述第一流场在所述第一活性面上；

阴极输入流体，所述阴极输入流体在所述第一流场中；

阴极，所述阴极用于进行所述阴极输入流体的反应物的还原反应；

第二双极板的第二活性面；

第二流场，所述第二流场在所述第二活性面上；

阳极输入流体，所述阳极输入流体在所述第二流场中；

阳极，所述阳极用于进行所述阳极输入流体的反应物的氧化反应；

第一组至少两个导管，所述第一组至少两个导管流体连接到所述第一流场并成形为向所述第一流场供应所述阴极输入流体；

第二组至少两个导管，所述第二组至少两个导管流体连接到所述第二流场并成形为向所述第二流场供应所述阳极输入流体；

布置在所述第一流场的至少两个导电表面和所述第一组至少两个导管之间的至少两个绝缘层；

布置在所述第二流场的至少两个导电表面和所述第二组至少两个导管之间的至少两个绝缘层；以及

其中所述阳极输入流体和所述阴极输入流体中的至少一种是导电的。

25.根据权利要求24所述的电解器组件，其中：

布置在所述第一流场的所述至少两个导电表面和所述第一组至少两个导管之间的所述至少两个绝缘层中的绝缘层由所述第一双极板上的第一绝缘涂层形成；以及

布置在所述第二流场的所述至少两个导电表面和所述第二组至少两个导管之间的所述至少两个绝缘层中的绝缘层由所述第二双极板上的第二绝缘涂层形成；

其中所述第一绝缘涂层覆盖所述第一双极板的第一边缘的至少1000微米；以及

其中所述第二绝缘涂层覆盖所述第二双极板的第二边缘的至少1000微米。

26.根据权利要求24所述的电解器组件，还包括：

第一组至少两个孔，所述第一组至少两个孔在所述第一极板中；

第二组至少两个孔，所述第二组至少两个孔在所述第二极板中；

其中布置在所述第一流场的所述至少两个导电表面和所述第一组至少两个导管之间的所述至少两个绝缘层由附接到所述第一组至少两个孔的第一组至少两个绝缘件形成；

其中布置在所述第二流场的所述至少两个导电表面和所述第二组至少两个导管之间的所述至少两个绝缘层由附接到所述第二组至少两个孔的第二组至少两个绝缘件形成。

27.根据权利要求24所述的电解器组件，其中：

所述第一组至少两个绝缘件包括第一组至少两个开口；

所述第二组至少两个绝缘件包括第二组至少两个开口；

所述第一组至少两个开口流体连接到所述第一流场；

所述第二组至少两个开口流体连接到所述第二流场；

所述第一组至少两个开口是以下至少之一：长度至少为1000微米的第一组沟槽；和长度至少为1000微米的第一组通道；以及

第二组至少两个开口是以下至少之一：长度至少为1000微米的第二组沟槽；和长度至少为1000微米的第二组通道。

28.根据权利要求25所述的电解器组件，其中：

所述阴极输入流体是导电的。

29.根据权利要求25所述的电解器组件，其中：

所述第一组至少两个绝缘件包括第一组至少两个开口；

所述第二组至少两个绝缘件包括第二组至少两个开口；

所述第一组至少两个开口流体连接到所述第一流场；

所述第二组至少两个开口流体连接到所述第二流场；

所述第一组至少两个开口是具有通道横截面S1和通道长度L1的第一组通道，其中S1小于1厘米，L1大于1厘米；以及

所述第二组至少两个开口是具有通道横截面S2和通道长度L2的第二组通道，其中S2小于1厘米，L2大于1厘米。

30.根据权利要求24所述的电解器组件，其中所述第一组绝缘件和第二组绝缘件由来自以下组的至少一种聚合物制成：

31.一种定位在电解器极板上的绝缘件，所述极板包括配置为输送导电流体的流场，所述流体由导管输送，其中所述绝缘件包括配置为将流体连接到所述流场的至少一个开口。

32.根据权利要求31所述的件，其中所述至少一个开口配置为对接所述极板的所述流场。

33.根据权利要求31或32所述的件，其中所述绝缘件配置为在所述电解器运行时减少暴露于所述流体的所述极板的表面。

34.根据权利要求31-33中的任一项所述的件，其中所述绝缘件由选自以下项组成的组的热塑性聚合物制成：丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA、尼龙)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚芳醚酮(PAEK，包括PEEK)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基(PFA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚芳硫醚(PAS，包括PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚酰亚胺(PI)。

35.一种操作根据权利要求1-13中的任一项所述的电解器组件的方法，包括以下步骤：

a)向所述电解器组件供应导电流体和电流；

b)使所述流体通过所述多个极板，以进行还原反应或氧化反应；以及

c)从所述电解器组件中移除所述流体。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述方法是连续的或自动化的。

37.根据权利要求35-36中的任一项所述的方法，其中：

所述还原反应是二氧化碳和/或一氧化碳的还原；以及

所述氧化反应是水、氢氧化物或碳酸氢盐类的氧化。

38.根据权利要求35-38中的任一项所述的方法，其中：

所述还原反应是水的还原；以及

所述氧化反应是水或氢氧化物的氧化。

39.一种根据权利要求1-13中的任一项的所述电解器组件的用途，用于将水转化为氢。

40.一种根据权利要求1-13中的任一项所述的电解器组件的用途，用于将二氧化碳转化为氧化碳。

41.一种根据权利要求14-23中的任一项所述的部件套件的用途，用于防止或减少当所述电解器组件运行时的泄漏电流。