CN118202087A

CN118202087A - 用于产生氢气的系统和方法

Info

Publication number: CN118202087A
Application number: CN202280073416.9A
Authority: CN
Inventors: 瑞安·J·吉列姆; 布赖恩·J·拉姆
Original assignee: Verdagi Hydrogen Energy Co
Current assignee: Verdagi Hydrogen Energy Co
Priority date: 2021-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2024-06-14
Also published as: US20230107017A1; WO2023060146A2; AU2022361490A1; US20230106046A1; WO2023060146A3

Abstract

电解器系统包括一个或更多个电解器单元，每个电解器单元包括具有第一电极的第一半单元和具有第二电极的第二半单元；以及控制器，该控制器控制施加通过一个或更多个电解器单元的电流；其中，控制器被配置成在从约150mA/cm²至约3000mA/cm²的电流密度范围内动态设置电流密度，并且其中，控制器被配置成在第一条件被满足时将电流密度设置为第一值，并且在第二条件被满足时将电流密度设置为第二值。

Description

用于产生氢气的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2021年10月5日提交的题为“LOW COSTHYDROGEN GAS PRODUCTION”的美国临时申请序列号63/252,552的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

随着电力生产转向更低二氧化碳(CO₂)足迹的技术，将电力转化为低碳或零碳运输燃料的能力正在成为减轻全球CO₂排放的越来越重要的挑战。在这样的燃料的选择中，氢气(H₂)因其氧化产物为水而具有独特优势。因此，如果氢气可以以低碳足迹制造，则氢气代表低碳运输燃料。

发明内容

本公开内容描述了与经由水的电解产生氢气(H₂)有关的系统和方法。特别地，本公开内容描述了允许较低的整体工厂资本支出并且可以提供用于通过水电解产生H₂气体的减少的操作支出例如基于每千瓦成本或每H₂产生能力成本的系统和方法。

在一个方面中，本公开内容描述了一种电解器系统，包括：一个或更多个电解器单元，每个电解器单元包括具有第一电极的第一半单元和具有第二电极的第二半单元；以及控制器，该控制器控制通过一个或更多个电解器单元施加的电流；其中，控制器被配置成在从约150mA/cm²至约3000mA/cm²的电流密度范围内动态设置电流密度，并且其中，控制器被配置成在第一条件被满足时将电流密度设置为第一值，并且在第二条件被满足时将电流密度设置为第二值。

在前述方面的一些示例中，第一值处于电解器单元的最大容量电流密度的第一百分比或低于第一百分比，并且第二值处于电解器单元的最大容量电流密度的第二百分比或高于第二百分比。

在前述方面的一些示例中，第一百分比是最大容量电流密度的20％或更小。

在前述方面的一些示例中，第二百分比是最大容量电流密度的80％或更大。

在前述方面的一些示例中，第一半单元包括：盘、盘内部的一个或更多个肋部、以及耦接至一个或更多个肋部的挡板，其中，挡板分隔盘中的体积，以便在盘的靠近第一电极的第一侧上提供上升区域，并且在挡板的与第一侧相对的第二侧上提供下降区域。

在前述方面的一些示例中，其中，上升区域便利于在第一电极处形成的气体上升并且避免气袋(gas pocket)的形成，并且其中，下降区域便利于电解质溶液的向下流动，其中，气体的上升和电解质溶液的向下流动引起盘中的循环，所述循环便利于电解质中的热平衡和减少的温度变化。

在前述方面的一些示例中，第一半单元包括：盘、定位在盘内部的歧管、以及离开歧管以供电解质离开盘的出口管，其中，歧管的截面面积被配置成使得通过歧管的电解质流量和气体流量足够低以避免段塞流(或弹状流)或柱塞流(或塞状流)。

在前述方面的一些示例中，第一半单元包括：盘、垂直定位在盘内部的一个或更多个肋部、以及将第一电极焊接至一个或更多个肋部的多个焊接部，其中，多个焊接部形成用于在电化学单元的操作期间将电流分布于电极上的、跨电极的焊接部分布式阵列。

在前述方面的一些示例中，每个电解器单元还包括第一半单元与第二半单元之间的分隔件，其中，多个焊接部的数目、尺寸和位置使得功率耗散对分隔件的温度的影响降低，以减少由于高局部温度而引起的损坏。

在另一方面中，电解器系统包括多个电解器单元，其中，每个电解器单元包括：具有第一电极的第一半单元、具有第二电极的第二半单元；以及将第一半单元与第二半单元分隔的分隔件。电解器系统还包括：电源，该电源被配置成施加通过多个电解器单元中的每个电解器单元的电流，使得通过多个电解器单元中的每个电解器单元的电流密度在从约150mA/cm²至约3000mA/cm²的电流密度范围内；以及控制器，该控制器将多个电解器单元中的每个电解器单元的电流密度动态控制在750mA/cm²或更小的第一电流密度范围与1mA/cm²或更大的第二电流密度范围之间。

在前述方面的一些示例中，第一半单元包括：盘、定位在盘内部的歧管、以及离开歧管以供电解质离开盘的出口管，其中，歧管的截面面积被配置成使得通过歧管的电解质流量和气体流量足够低以避免段塞流或柱塞流。

在前述方面的一些示例中，第一半单元包括：盘、垂直定位在盘内部的一个或更多个肋部、以及将第一电极焊接至一个或更多个肋部的多个焊接部，其中，多个焊接部形成用于在电化学单元操作期间将电流分布于电极上的、跨电极的焊接部分布式阵列。

在另一方面中，一种用于执行电解的方法包括：在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的范围内动态改变与电解器的操作相关联的电流密度；其中，与电解器的操作相关联的电流密度的改变是响应于电解器所位于的区域内的电力需求的改变的；并且其中，电流密度的改变包括：当电解器所位于的区域内的电力需求增加时，在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的范围内降低电流密度；并且当电解器所位于的区域内的电力需求减少时，在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的范围内升高电流密度。

在前述方面的一些示例中，需求的改变发生在需求正波动的时间段内。

在前述方面的一些示例中，需求波动包括时间段内需求的增加和减少。

在前述方面的一些示例中，时间段内的平均需求与另一时间段相比是升高的。

在前述方面的一些示例中，时间段内的平均需求与另一时间段相比是减少的。

在前述方面的一些示例中，时间段是需求通常增加或减少的时间段。

在前述方面的一些示例中，时间段在一天中的特定小时之间。

在前述方面的一些示例中，电解器包括至少两个单独的电解器单元。

在前述方面的一些示例中，电解器具有至少约2.5m³的总尺寸。

在前述方面的一些示例中，当电解器所位于的区域内电力需求增加时，除非电流密度被降低，否则电解器的操作支出增加。

在另一方面中，一种用于执行电解的方法，包括：(a)当电解器所位于的区域中电力需求增加时，将与电解器的操作相关联的电流密度减少至电解器的电流密度的最大容量的20％或更小；以及(b)当电解器所位于的区域的电力需求减少时，将与电解器的操作相关联的电流密度增加至电解器的电流密度的最大容量的80％或更大。

在前述方面的一些示例中，在需求正波动的时间段期间，电力需求增加或者电力需求减少。

在前述方面的一些示例中，电解器包括至少两个单独的单元。

在前述方面的一些示例中，电解器具有至少2.5m³的总尺寸。

在前述方面的一些示例中，当电解器所位于区域内电力需求增加时，除非电流密度被降低，否则电解器的操作支出增加。

附图说明

附图通常以示例的方式而非限制的方式来示出本文献中所讨论的各种实施方式。

图1是用于电解水以产生氢气的示例电解器单元的示意图。

图2是堆的示意图，该堆包括配置用于电解水以生产氢气的多个电解器单元。

图3是可以在电解器单元中形成阳极半单元、阴极半单元或阳极半单元和阴极半单元两者的示例盘组件的正视图。

图4是图3的示例盘组件的侧视图。

图5是图3和图4的示例盘组件的顶部的特写立体图，示出了盘组件的歧管。

图6是图3和图4的示例盘组件的歧管的特写侧视图。

图7是概念性地示出了电解质流入图3和图4的示例盘组件的歧管的第一立体图。

图8是概念性地示出了电解质流入图3和图4的示例盘组件的歧管的第二立体图。

图9是可以在电解器单元中形成阳极半单元、阴极半单元或者阳极半单元和阴极半单元两者的第二示例盘组件的侧视图。

图10是图9的第二示例盘组件的正视图。

图11是图9和图10的第二示例盘组件的立体图，图11示出了位于第二示例盘组件内的挡板组件的细节。

图12是图9和图10的第二示例盘组件的立体图，其中电极耦接至挡板组件。

图13是图9和图10的第二示例盘组件的截面侧视图，以及不包括挡板组件的对比盘组件的对应截面侧视图。

图14是示出了与比较盘组件内的比较流动分布相比的图9和图10的第二示例盘组件内的电解质的模拟流动分布的示意性侧视图。

图15是可以形成图9和图10的第二盘组件中的挡板组件的部分的挡板的立体图，。

图16是可以在电解器单元中形成阳极半单元、阴极半单元或者阳极半单元和阴极半单元两者的第三示例盘组件的正视图。

图17是图16的第三示例盘组件的截面侧视图。

图18是图16和图17的第三示例盘组件的特写截面侧视图。

图19是图16和图17的第三示例盘组件的立体图，图19示出了第三示例盘组件内的一个或更多个肋部的细节。

图20A至图20C示出了图16和图17的第三示例盘组件的各种替选肋部结构的立体图。

图21是具有电解质温度控制系统的示例电解器单元的示意图。

图22是典型的24小时时段过程中的示例电力价格的曲线图。

图23是示出根据本公开内容的负荷增加和负荷减少方法生成氢气的电解器单元的操作的示例的图。

图24是示出示例电解器单元的每千克所产生氢气的成本以及可以通过根据本公开内容的负荷增加和负荷减少方法生成氢气实现的改进的图。

图25是示出示例电解器单元在不同电力价格下的最佳操作电流密度的曲线图。

具体实施方式

以下的详细描述包括对附图的参照，其形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实践本发明的具体实施方式。这些实施方式(在本文中也被称为“示例”)足够详细地被描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以将示例实施方式组合，可以利用其他实施方式，或者可以进行结构和逻辑改变。虽然将结合所列举的权利要求描述所公开的主题，但是应理解，所例示的主题不旨在将权利要求限制于所公开的主题。因此，以下详细描述不是限制性的，并且本发明的范围由所附的权利要求及其等同内容限定。

说明书中对“一个实施方式”，“实施方式”，“示例实施方式”等的引用指示所描述的实施方式可以包括特定特征、结构或特性，但是可能并非每个实施方式都一定包括所述特定特征、结构或特性。另外，这些短语不一定是指同一实施方式。此外，当结合实施方式描述特定特征、结构或特性时，认为无论是否明确描述，结合其他实施方式影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识内。

以范围形式表示的值应以灵活的方式解释为不但包括作为范围的界限明确列出的数值，而且还包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围被明确列出一样。例如，“约0.1％至约5％”的浓度范围应解释为不仅包含明确列举的约0.1wt.％至约5wt.％的浓度，而且还包含指定范围内的单独的浓度(例如，1％、2％、3％和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、1.1％至2.2％和3.3％至4.4％)。除非另外指明，否则语句“约X至Y”具有与“约X至约Y”相同的含义。同样地，除非另外指明，否则语句“约X、Y或约Z”具有与“约X、约Y或者约Z”相同的含义。

在本文档中，除非上下文另外明确规定，否则术语“一”、“一个”或“该”用于包括一个或多于一个。除非另外指明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。除非另外指明，否则当提及所列组时，语句“至少一个”用于表示该组的成员中的一个或者两个或更多个的任何组合。例如，语句“A、B和C中的至少一个”可以具有与“A；B；C；A和B；A和C；B和C；或A、B和C”相同的含义，或者语句“D、E、F和G中的至少一个”可以具有与“D；E；F；G；D和E；D和F；D和G；E和F；E和G：F和G；D、E和F；D、E和G；D、F和G；E、F和G；或D、E、F和G”相同的含义。逗号可以用作小数点左侧或右侧的分界符或数字组分隔符；例如，“0.000,1”相当于“0.0001”。

在本文描述的方法中，除了当明确叙述时间或操作顺序时之外，可以在不脱离本发明的原理的情况下以任何顺序进行步骤。此外，除非明确的语言叙述单独进行特定步骤，否则可以同时进行特定步骤。例如，所叙述的进行X的动作和所叙述的进行Y的动作可以在单个操作内同时进行，并且所得到的过程将落入该过程的字面范围内。在权利要求中对首先进行步骤，然后随后进行其他几个步骤的效果的叙述应视为意指第一步骤在任何其他步骤之前进行，但是除非在其他步骤内进一步叙述顺序，否则其他步骤可以以任何合适的顺序进行。例如，叙述“步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E”的权利要求要素应被理解为意味着首先进行步骤A，最后进行步骤E，而步骤B、C和D可以在步骤A与E之间以任何顺序进行(包括一个或更多个步骤与步骤A或步骤E同时进行)，并且该顺序仍将落入要求保护的过程的字面范围内。也可以重复给定的步骤或步骤的子集。

此外，除非明确的权利要求语言叙述单独进行特定步骤，否则可以同时进行特定步骤。例如，要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤可以在单个操作中同时进行，并且所得过程将落入要求保护的过程的字面范围内。

本文中使用的术语“约”可允许值或范围有一定程度的可变性——例如，在指定的值或指定的范围限制的10％内、5％内、1％内、0.5％内、0.1％内、0.05％内、0.01％内、0.005％内或0.001％内——并包括确切的指定值或范围。

如本文中使用的术语“基本上”是指大多数或大部分，例如至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或至少约99.999％或更大、或100％。

此外，应理解，本文中采用的未另外限定的措辞或术语仅用于描述的目的而非限制目的。此外，本文献中提及的所有出版物、专利和专利文献均通过引用整体并入本文，如同通过引用单独并入一样。如果在本文献与通过引用并入的那些文献之间存在不一致用法，则并入的参考中的用法应当被视为对本文献的用法的补充；对于矛盾的不一致之处，以本文献中的用法为准。

氢气(H₂)可以通过水分解反应而电化学形成，其中水在电化学单元的阳极和阴极处分别分解成氧气(O₂)和H₂气体。这样的电化学过程的示例包括但不限于质子电解质膜(PEM)电解和碱性水电解(AWE)。在这样的电化学反应中，由于各种能量低效率导致的另外的能量成本，因此驱动水分解电解反应所需的运行能量很高。例如，为了减少电极之间不希望的离子物质迁移，阴极与阳极可以用分隔件(如膜)分隔，这样可以减少离子物质的迁移。虽然分隔件可以提高单元的整体效率，但其代价可能是单元中额外的电阻损耗，进而增加工作电压。水电解中的其他低效率可以包括溶液电阻损耗、导电低效率和/或电极过电势等。这些不同的低效率以及与使这些低效率最小化相关联的资本成本会影响经由水分解电解的H₂生成的经济可行性。

本文提供的方法和系统涉及独特的电化学过程，该电化学过程可以高效、低成本、低能耗地生产H₂气体。

电解器单元

图1是通用水电解器单元100的示意图，图1中示出了利用电力将水转化为氢和氧的水电解器单元100。在示例中，电解器单元100包括两个半单元：第一半单元111和第二半单元121。在示例中，第一半单元111和第二半单元121由分隔件131(例如膜131)分隔。在示例中，分隔件131包括多孔膜或离子交换膜131。在分隔件131包括离子交换膜的示例中，离子交换膜可以是不同类型的，例如阴离子交换膜(AEM)、阳离子交换膜(CEM)、质子交换膜(PEM)、双极离子交换膜(BEM)、离子溶剂化膜(ISM)或微孔或纳米孔膜。

在分隔件131是阳离子交换膜的示例中，阳离子交换膜可以是常规的膜，例如可以从例如日本东京的Asahi Kasei公司、或者从美国新泽西州的Glen Rock的膜国际公司(Membrane International Inc.)、或者从美国特拉华州威尔明顿的Chemours公司购得的阳离子交换膜。阳离子交换膜的示例包括但不限于Chemours公司以N2030WX商标名销售的膜，以及Asahi Kasei公司以F8020/F8080或F6801商标名销售的膜。可以用于形成阳离子交换膜的材料的示例包括但不限于包括含有阴离子基团(例如磺酸基和/或羧基)的全氟聚合物的阳离子膜。然而，可以理解，在一些示例中，根据限制或允许特定阳离子或阴离子物质在电解质之间迁移的需要，可以使用更具限制性并因此允许一种阳离子物质的迁移同时限制另外的阳离子物质的迁移的阳离子交换膜。类似地，在一些实施方式中，根据限制或允许特定阴离子物质在电解质之间迁移的需要，可以使用更具限制性并因此允许一种阴离子物质的迁移同时限制另外的阴离子物质的迁移的阴离子交换膜。这样的限制性阳离子交换膜和阴离子交换膜是市售的，并且可以由本领域普通技术人员选择。

在一些示例中，分隔件131可以被选择使得其可以在酸性和/或碱性电解质溶液中适当地起作用。分隔件131的可能需要的其他性质包括但不限于：高离子选择性、低离子电阻、高爆裂强度以及在室温至150℃或更高温度范围内电解质溶液的高稳定性。

在示例中，分隔件131在从约0℃至约150℃(例如从约0℃至约100℃，例如从约0℃至约90℃，例如从约0℃至约80℃，例如从约0℃至约70℃，例如从约0℃至约60℃，例如从约0℃至约50℃，例如从约0℃至约40℃，或者例如从约0℃至约30℃)的温度范围内是稳定的。

可以有用的是，使用允许一种类型的离子(例如，对于CEM为阳离子，对于AEM为阴离子)的迁移而不允许另外类型的离子的迁移；或者允许一种类型的离子的迁移而不允许另外类型的离子的迁移的离子特定性离子交换膜以在电解质溶液中实现期望的一种或多种产物。

在示例中，第一半单元111包括第一电极112，第一电极112可以靠近分隔件131放置，并且第二半单元121包括第二电极122，第二电极122可以靠近分隔件131放置，例如在分隔件131的与第一电极112的相对侧上放置。在示例中，第一电极112是电解器单元100的阳极，并且第二电极122是电解器单元100的阴极，使得对于本公开内容的其余部分，第一半单元111也可以被称为阳极半单元111，第一电极112也可以被称为阳极112，第二半单元121也可以被称为阴极半单元121，并且第二电极122也可以被称为阴极122。电极112、122中的每一个都可以涂覆有一种或更多种电催化剂，以加速向氢气(H₂气体)和/或氧气(O₂气体)的反应。电催化剂的示例包括但不限于高度分散的金属或铂族金属的合金，例如铂、钯、钌、铑、铱或其组合，例如铂-铑、铂-钌、涂覆有氧化钌(RuO₂)的镍网、或高表面积镍。

分隔件131的欧姆电阻可以影响阳极112与阴极122两端的电压降。例如，随着分隔件131的欧姆电阻增加，阳极112与阴极122两端的电压可以增加，并且反之亦然。在示例中，分隔件131具有相对低的欧姆电阻和相对高的离子迁移率。在示例中，分隔件131具有随温度升高的相对高的水合特性并因此降低欧姆电阻。通过选择本领域已知的具有较低欧姆电阻的分隔件131，可以降低在特定温度下阳极112与阴极122两端的电压降。

在示例中，阳极112电连接至外部正导体116，并且阴极122电连接至外部负导体126。当分隔件131湿润并与电极112和122电解接触，并且在导体116和126上施加适当电压时，阳极112处释放出O₂气体，并且阴极122处释放出H₂气体。在某些配置中，将电解质(例如包括KOH水溶液的电解质)馈入半单元111和121中。例如，电解质可以通过第一电解质入口114流入阳极半单元111，并且通过第二电解质入口124流入阴极半单元121。在示例中，流过阳极半单元111的电解质拾取成为气泡113的产生的O₂气体，其通过第一出口115离开阳极半单元111。类似地，流过阴极半单元121的电解质可以拾取成为气泡123的产生的H₂气体，其可以通过第二出口125离开阴极半单元121。可以利用一个或更多个适当的分隔件在电解器单元100下游将气体与电解质分隔。在示例中，产生的H₂气体被干燥并收集到高压罐中，或馈入进一步的处理元件中。可以允许将O₂气体简单地排放到大气中，或者可以储存起来用于其他用途。在示例中，电解质根据需要循环回到半单元111、121中。

在示例中，可以包括控制器128，以控制施加通过电解器单元100的电流(例如，通过控制施加在导体116与126上的电压)。在示例中，控制器128可以被配置成控制单元100的操作电流密度(例如，通过施加与基于单元100的面积的期望电流密度对应的电流)，使得可以控制单元100的电流密度(例如，用于负荷增加或负荷减少，如下文更详细描述)。

在示例中，电解器单元100两端的典型电压从约1.5伏(V)至约3.0V。在示例中，电解器单元100的操作电流密度从约0.1A/cm²至约3A/cm²。每个单元100具有足够大以在这些电流密度下操作时产生大量H₂气体的尺寸。在示例中，每个单元100的截面面积(例如，对于矩形单元，宽度乘以高度)从约0.25平方米(m²)至约15m²，例如从约1m²至约5m²，例如从约2m²至约4m²，例如从约2.25m²至约3m²，例如从约2.5m²至约2.9m²。在示例中，每个单元的总体积(例如，宽度乘以高度乘以深度)从约0.1立方米(m³)至约2m³，例如从约0.15m³至约1.5m³，例如从约0.2m³至约1m³，例如从约0.25m³至约0.5m³，例如从约0.275m³至约0.3m³。在示例中，整个电解器系统的总体积(例如，工厂中所有堆中的所有单元的组合体积)从约1m³至约200m³，例如从约2m³至约100m³，例如从约2.5m³至约50m³。

如本领域技术人员所理解的，在这样的低电压和高电流密度下操作电力总线可能是极其低效的。因此，通常，多个电解器单元100被组装并电串联连接成电解器堆。与单个电解器单元100相比，多个单元100中的每一个可以在较低的高电压和相同的电流密度下操作，这使系统更高效。在示例中，电解器堆可以包括从约五(5)个电解器单元100至约500个电解器单元100，例如八十(80)个或更多的电解器单元100串联连接以提供电解器堆。

电解器堆

图2示出了电解器单元132A至132N(统称为“电解器单元(electrolyzer cells)132”或“电解器单元(electrolyzer cell)132”)的这种电解器堆130的部分的示意图。堆130中的每个单元132可以具有上面关于图1的示例电解器单元100描述的结构中的任何一个，例如，具有阳极半单元111和阴极半单元121中的一者或两者。此外，每个单元132可以包括单元组件的一个或更多个结构(例如，包括下文所述的盘组件的一个或更多个结构)。如本领域技术人员所理解的，单元组件的结构(即用于各个盘组件)可以提供本文所述的整体较低成本的H₂产生。

在示例中，电解器单元132与导体304电串联连接。在示例中，堆130包括串联连接的大量电解器单元132，例如，五十(50)个或更多个电解器单元132、六十(60)个或更多个电解器单元132、七十(70)个或更多个电解器单元132、八十(80)个或更多个电解器单元132、九十(90)个或更多个电解器单元132、一百(100)个或更多个电解器单元132、一百五十(150)个或更多个电解器单元132、二百(200)个或更多个电解器单元132、三百(300)个或更多个电解器单元132等等。示例电解器堆130中的各个电解器单元132标有附图标记132A至132N，其中图2中仅示出了第一电解器单元132A、第二电解器单元132B和最后一个电解器单元132N。在示例中，一个单元132A的电正导体(例如图1中的正导体116)通过连接导体134电连接至后续的单元132B的电负导体(例如图1中的负导体126)，但以下情况除外：(a)最高电压处的最后一个单元132N的正导体连接至电源136；以及(b)最低电压处的第一单元132A的负导体连接至电路的地138。在示例中，电源136是恒流限压整流器，其将电网AC电力转换为合适的DC电力水平。在示例中，电源136可以由控制器控制，该控制器被配置成控制堆130中的电解器单元132的电流密度(类似于上文关于图1所述的控制器128)，例如以允许堆响应于电力需求和/或价格的波动被动态地操作以用于负荷增加或负荷减少(如下文更详细描述)。

电解器单元盘组件

电解器单元100的物理构型可以是被配置成允许在阳极112处释放氧气并且在阴极122处释放氢气的任何物理结构。在示例中，电解器单元100可以包括能够在高电流密度(例如2A/cm²或更大)下动态操作的部件。通过提供高电流密度下的操作，电解器单元100可以允许操作者使用更少的单元满足其目标生产率，从而减少资本支出。此外，通过允许电解器单元100在宽范围的操作电流密度内动态操作，电解器单元100可以为操作者提供大的调节比，这可以使操作者在电力价格低时使生产最大化，并且在电力价格高时减少电力消耗(如下文更详细描述)。

电解器单元在高电流密度下的操作可能导致巨大的挑战，例如但不限于：在高电流密度下产生的大的气体体积、显著的温度和压力波动、膜侵蚀或疲劳、单元中产生的大量热量和/或电解质的高流量。因此，在示例中，每个电解器单元100可以包括阳极盘组件和/或阴极盘组件的构型，该构型可以克服这些挑战中的一个或更多个，例如但不限于：减少或最小化电解质沿单元的高度的大的温度变化；减少或最小化气体对标称有效区域的遮蔽；减少或最小化可能导致膜局部干燥的停滞气袋的形成；和/或减少或最小化由于单元出口处的段塞流或柱塞流引起的显著压力波动。

由于大的气体体积，在电极上或者在单元顶部处可能形成静态气袋。提供高电解质流量并利用引起气体提升以产生高局部剪切速率的特征可以便利于使电极上的静态气袋形成最小化。然而，高电解质流量与气体的大量产生以及进入和离开单元的大量的电解质溶液相结合提出了与段塞流和柱塞流相关联的重大挑战。通过使用指定的歧管和出口管构型，可以减少或最小化这种类型的流动，下文会更详细地描述。

在一些示例中，可以在电解器单元100的阳极或阴极侧上使用盘组件。盘组件可以包括在单元的顶部处的有效收集系统，以最小化并且在一些情况下防止在单元的顶部处形成大的停滞气袋。在示例中，收集系统包括具有大的截面面积的出口管和歧管，其有效地为气体收集和电解质流动提供空间，同时还减少或最小化膜掩蔽和/或段塞流或柱塞流的可能性。盘组件可以提供有效地从单元引出的两相(气体/液体)流。

盘组件、歧管和出口管被设计成确保流动在单元的宽度上是均匀的或基本上是均匀的，并且单元内的压力波动最小。流动均匀性推动了需要确保与到歧管的流的进入相关联的背压显著大于沿着歧管的长度的压降，使得歧管内的压力大于离开歧管的压降。保持基本恒定的内部压力分布推动了对避免通过歧管和出口管的段塞流或柱塞流的需求。因此，包括歧管和出口管的盘组件可以在高范围的电解质流和高电流密度下提供可靠的单元操作。

随着单元中电流密度增加，功率耗散也可能急剧上升。大的空间和/或时间温度波动可能损坏膜。内部功率耗散对单元的内部温度分布的贡献可以通过操作条件例如维持温度、流入电解质的流量和/或流入电解质的再循环被减少或最小化。高电解质流量可以在单元内提供大量的对流热传递，由此便利于使单元内的热积累和伴随的温度升高减少或最小化，单元内的热积累和伴随的温度升高可以以其他方式由电流密度的增加引起。在示例中，电解器单元的盘组件包括盘组件内部的挡板构型，该挡板构型可以通过帮助确保电解质沿单元的高度保持等温或基本等温，并且使得在操作电流密度改变后迅速实现热平衡，从而减少或最小化波动的功率耗散对单元的内部温度的影响。

在上文关于图1所述的通用电解器单元100中，阳极半单元111可以包括阳极盘组件，该阳极盘组件包括阳极112和阳极电解质(也被称为“阳极电解质(anolyte)”)。类似地，阴极半单元121可以包括阴极盘组件，该阴极盘组件包括阴极122和阴极电解质(也被称为“阴极电解质(catholyte)”)。阳极盘组件和阴极盘组件可以由分隔件131(例如，隔膜、膜电极组件(MEA)、一个或更多个离子交换膜(IEM)或其他类型的膜或分隔件)分隔。阳极盘组件和/或阴极盘组件可以包括诸如收集系统的部件，收集系统收集气体和电解质以便从单元100流出。根据阳极112和阴极122处所需的反应，分隔件组件可以包括以下中的一个或更多个：阴离子交换膜(AEM)、阳离子交换膜(CEM)或其他分隔件。在这些部件之间，可以提供各种附加的分隔件部件，以例如将膜131与阳极112分隔，将膜131与阴极122分隔，以及为膜或其他分隔件结构提供机械完整性。除了这些部件之外，可以在部件之间并沿着部件的外周缘设置单独的垫圈或垫圈带，以密封隔室防止流体泄漏。

在示例中，上述所有部件彼此平行或基本上平行地对准，并且可以提供可选的周缘螺栓连接，以便在电化学单元100中将它们堆叠在一起。在压滤机构型中，可能不需要周缘螺栓连接。在电化学单元堆中，一个电化学单元100的阳极112可以与相邻电化学单元的阴极122电连接。电流在操作期间通过电化学单元堆。

图3至图8示出了可以用作图1所示的电解器单元100中或者图2的堆130中的各个电解器单元132之一中的阳极半单元111的阳极盘组件或阴极半单元121的阴极盘组件的示例盘组件140的若干视图。图3是盘组件140的正视图，图4是盘组件140的截面图。可以理解的是，在电化学单元100或132中，根据阳极112和阴极122处的需要和反应，盘组件140可以用作阳极盘组件或用作阴极盘组件或者阳极盘组件或阴极盘组件两者。单元的下一个部件(例如阳极112或阴极122)可以放置在图3的正视图所示的盘组件140的顶部。

如图3和图4所示，盘组件140包括盘142。在盘142的深度内以及盘142的顶部处容纳有歧管144(如图4所示)。根据电解器单元100的需求，歧管144可以连接至一个或更多个出口管146。例如，该设计可以在每个盘组件140上在盘142的相同侧或任一侧上结合2个、3个、4个或更多个出口管146，以便使单元厚度最小化，并且使可以配装在特定尺寸的电解器框架中的单元100的数目最大化。图5和图6示出了歧管144和出口管146的特写细节。

在示例中，选择歧管144的深度D_Manifold和/或歧管144的截面面积和/或出口管146的尺寸，使得盘组件140提供歧管144的相对大的截面面积，以减少或最小化两相系统的段塞流和柱塞流的发生，而且还在歧管144的壁与放置在盘142的顶部上的电极(例如，阳极或阴极，这取决于盘组件140形成阳极盘还是阴极盘)之间提供足够的空间，以便气体和电解质能够不受阻碍地流动，并使膜保持湿润。歧管144的深度D_Manifold和/或歧管144的截面面积和/或出口管146的尺寸也可以规定单元100的整体厚度。

在盘组件140的示例中，歧管144具有深度D_Manifold(如图5和6所示)，该深度D_Manifold从盘142的深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.75(75％)，例如从深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.6(60％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.5(50％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.25％(25％)至约0.4(40％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.3(30％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.3(30％)至约0.75(75％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.3(30％)至约0.6(60％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.3(30％)至约0.5(50％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.3(30％)至约0.4(40％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.4(40％)至约0.75(75％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.4(40％)至约0.6(60％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.4(40％)至约0.5(50％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.5(50％)至约0.75(75％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.5(50％)至约0.6(60％)，例如从盘142的深度D_Pan的约0.6(60％)至约0.75(75％)。

在示例中，歧管144在顶部处具有向上的渐缩部(在图6中最清楚地看到)。向上的渐缩部在膜131的靠近电极定位的上边缘上方产生内部体积或区域，从而为形成富含气体的混合物提供小区域，而不会导致膜131的干燥。

图7和图8中用虚线148示出了气体和电解质混合物通过盘组件140的示例流动路径。从图7和图8中可以看出，在示例中，气体和电解质的两个相的流动路径148从盘142的主体部分向上穿过，到达歧管144的顶部，然后通过歧管144的顶部处的一组凹口150向下进入歧管144。然后，气体和电解质可以通过出口管146流出。

为了容纳(例如由于高电流密度和高流量)流过歧管144和出口管146的大量气体和电解质溶液并减少或最小化段塞流和柱塞流的发生，在示例中，歧管144和出口管146的截面面积足够大以保持电解质的表观液体速度为约0.35m/s或更小，例如约0.25m/s或更小，例如约0.2m/s或更小，例如约0.15m/s或更小，例如约0.1m/s或更小，例如约0.08m/s或更小，例如约0.05m/s或更小，例如约0.01m/s或更小。歧管144和出口管146的截面面积足够大，以保持表观气体速度(例如，来自阳极盘的O₂气体或者从阴极盘产生的H₂气体)为约5m/s或更小，例如约4.5m/s或更小，例如约4m/s或更小，例如约3.5m/s或更小，例如约3m/s或更小，例如约2.5m/s或更小，例如约2m/s或更小，例如约1.5m/s或更小，例如约1m/s或更小。

为了适应本文所述的高电流密度和高流量，在一些示例中，歧管144的截面面积(例如包括从盘142的深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.75(75％)的歧管144的深度D_Manifold)为从约520平方毫米(mm²)至约6200mm²，例如从约520mm²至约6000mm²，例如从约520mm²至约5000mm²，例如从约520mm²至约4000mm²，例如从约520mm²至约3000mm²，例如从约520mm²至约2000mm²，例如从约520mm²至约1000mm²，例如从约600mm²至约6200mm²，例如从约600mm²至约6000mm²，例如从约600mm²至约5000mm²，例如从约600mm²至约4000mm²，例如从约600mm²至约3000mm²，例如从约600mm²至约2000mm²，例如从约600mm²至约1000mm²，例如从约800mm²至约6200mm²，例如从约800mm²至约6000mm²，例如从约800mm²至约5000mm²，例如从约800mm²至约4000mm²，例如从约800mm²至约3000mm²，例如从约800mm²至约2000mm²，例如从约800mm²至约1000mm²，例如从约1000mm²至约6200mm²，例如从约1000mm²至约6000mm²，例如从约1000mm²至约5000mm²，例如从约1000mm²至约4000mm²，例如从约1000mm²至约3000mm²，例如从约1000mm²至约2000mm²，例如从约2000mm²至约6200mm²，例如从约2000mm²至约6000mm²，例如从约2000mm²至约5000mm²，例如从约2000mm²至约4000mm²，例如从约2000mm²至约3000mm²，例如从约3000mm²至约6200mm²，例如从约3000mm²至约6000mm²，例如从约3000mm²至约5000mm²，例如从约3000mm²至约4000，例如从约4000mm²至约62000mm²，例如从约4000mm²至约6000mm²，例如从约4000mm²至约5000mm²，例如从约5000mm²至约6200mm²，例如从约5000mm²至约6000mm²。

在其中歧管144的截面面积如上文所述的一些示例中，流体连接至歧管144的出口管146可以具有等效直径ED_Outlet(如图5所示)，该等效直径ED_Outlet从约26毫米(mm)至约89mm，例如从约26mm至约80mm，例如从约26 mm至约75 mm，例如从约26 mm至约70 mm，例如从约26mm至约60 mm，例如从约26 mm至约50 mm，例如从约26 mm至约40mm，例如从约26mm至约30mm，例如从约30mm至约89mm，例如从约30mm至约80mm，例如从约30mm至约75mm，例如从约30mm至约70mm，例如从约30mm至约60mm，例如从约30mm至约50mm，例如从约30 mm至约40mm，例如从约40 mm至约89 mm，例如从约40mm至约80mm，例如从约40mm至约75mm，例如从约40mm至约70mm，例如从约40mm至约60mm，例如从约40mm至约50mm，例如从约50mm至约89mm，例如从约50mm至约80mm，例如从约50mm至约75mm，例如从约50mm至约70mm，例如从约50mm至约60mm，例如从约60 mm至约89 mm，例如从约60 mm至约80 mm，例如从约60mm至约75 mm，例如从约70 mm至约89 mm，例如从约70 mm至约80mm，例如从约70mm至约75mm。

本领域技术人员可以理解，与电化学单元100的尺寸相比，什么可以被认为是“高电解质流量”。例如，对于相对窄的单元，例如从约300mm至约600mm宽度的单元，“高流量”可以对应于约200kg/h的流量，而对于大型商用单元，例如从约2米(m)至约3m宽度的单元，“高流量”可以对应于约800kg/h或更大的流量，例如约1000kg/h或更大的流量，例如约1350kg/h或更大的流量，例如约1500kg/h或更大的流量，例如约1750kg/h或更大的流量，例如约2000kg/h或更大的流量，例如约2250kg/h或更大的流量，例如约2500kg/h或更大的流量，例如约2700kg/h或更大的流量。歧管144的截面面积、出口管146的截面面积和/或挡板组件可以容纳与本文所述的高电流密度下的操作相关联的高电解质流量和高气体流量，并且提供约0.2m/s或更小的表观液体速度和约3m/s或更小的气体流量，从而不太可能形成段塞流和柱塞流。

在一些示例中，盘组件可以包括盘组件内的挡板组件，其中，挡板组件可以减少或最小化高电流密度和/或波动功率耗散对沿电解器单元的高度的内部温度分布的影响。挡板组件可以悬置在盘组件中，例如悬置在后盘壁与电极之间。在示例中，挡板组件包括盘内的一个或更多个肋部。一个或更多个肋部可以包括一个或更多个凹口。包括一个或更多个槽的挡板可以被包括并被配置成配装在一个或更多个肋部上，使得挡板的对应结构可以配装在一个或更多个肋部的一个或更多个凹口中。

图9至图15示出了包括示例挡板组件162的盘组件160的若干视图。与上文关于图3至图8所述的盘组件140相似，盘组件160可以用作用于图1的电解器单元100中的阳极半单元111和阴极半单元121中的一者或两者的结构。例如，如果盘组件160用于形成阳极半单元111的部分，则盘组件160可以是阳极盘组件。类似地，如果盘组件160用于形成阴极半单元121的部分，则盘组件160可以是阴极盘组件。与盘组件140相似，盘组件160包括盘164(例如阳极盘和/或阴极盘)和出口管166。盘组件160还可以包括歧管168，电解质和产生的气体在通过出口管166离开盘组件160之前可以流过歧管168，歧管168可以与上文关于盘组件140所述的歧管144类似或相同。换句话说，形成阳极组件或阴极组件或者阳极组件和阴极组件两者的盘组件可以包括上文关于图3至图8所述的盘组件140和下文所述的盘组件160两者的特征。

在示例中，盘组件160的挡板组件162包括配装在盘162内的挡板170。在示例中，挡板170包括一个或更多个槽172(在图10中最清楚地看到)。每个槽172可以与对应的肋部174(如图9、11和12所示)相互作用，其中，一个或更多个肋部174和挡板170形成挡板组件162。挡板170可以具有取决于挡板组件162中的肋部174的数目的任何数目的槽172。挡板170中的槽的数目可以从例如1至约200。挡板170可以配装在盘164中的肋部174之上。在示例中，一个或更多个肋部174垂直于或基本垂直于挡板170和盘164的整体取向。换句话说，在示例中，挡板170与盘164的主表面(如盘164的后壁178)平行或基本平行。与盘组件160相关联的电极176(例如，如果盘组件160是阳极盘组件则为阳极112，或者如果盘组件160是阴极盘组件则为阴极122)可以附接至盘组件160的顶部，例如，附接在挡板组件162的与盘164的后壁178相对的侧上。

在示例中，一个或更多个肋部174中的每一个可以包括将挡板170相对于盘164和/或相对于电极176定位的一个或更多个结构。在示例中，这些结构包括每个肋部174上的一个或更多个凹口，其中，每个凹口可滑动地与挡板170上的对应槽172接合，以便将挡板170相对于盘164定位，例如，使得挡板170悬置于相对于电极176和/或相对于盘164的后壁178的指定位置处，如图9、图11和图12所示。图中看不到肋部174上的凹口，因为凹口已被挡板170填充。挡板170与电极176和盘164的后壁178的距离可以通过修改凹口的沿肋部174的深度来改变。

槽172在挡板170中的定位、槽172的长度和/或槽172之间的距离可以影响挡板170在一个或更多个肋部174上的配装。在示例中，挡板170是其中形成有槽172的实心板，如图10中最清楚地看到。在其他示例中，挡板可以是延展金属板或网。在示例中，挡板170由导电金属(例如但不限于镍、不锈钢等)制成。在另一示例中，挡板170由聚合材料制成。在任一情况下，挡板170都可以被配置成使用肋部174上的特征卡入到位。

如前所述，内部功率耗散对电解器单元100内的内部温度分布的贡献可以通过诸如流过半单元111、121(例如，流过形成半单元111、121的盘组件160)的电解质的温度和流量的操作条件来降低或最小化。高电解质流量可以增加电解器单元100内的对流热传递，并且在一些示例中使电解器单元100内的对流热传递最大化，从而便利于减少或最小化单元100内的热积累以及对应的伴随的温度升高，该热积累以及对应的伴随的温度升高可能以其他方式由本文所述的高电流密度引起。如上所述，在高电解质流量和高电流密度下操作可能导致单元出口处的段塞流或柱塞流，其可能导致压力波动，这可能缩短膜131的寿命。本文所述的具有歧管144和出口构型和/或挡板组件162的盘组件140、160被设计成减少或最小化段塞流和柱塞流。特别地，挡板组件162可以在电解质流过盘组件160时提供电解质的混合，以增强电解期间电解质内的对流热传递。

在一些示例中，挡板组件162被设计和定位成使得在电极176处产生的气体能够与挡板170的最靠近电极176的一侧上的电解质混合，从而产生相对低密度的柱并限定上升区段。低密度混合物可以相对快速地上升通过上升区段。一旦在挡板170的顶部上方，气体就会脱离并流入歧管168，然后进入出口管166。然后，一部分电解质可能向下降回到挡板170的更靠近盘164的后壁178的一侧(即与电极176相对的一侧)而进入下降区域，从而产生循环回路。在图13中概念性地示出了盘组件160中形成的这种循环回路(在挡板170的靠近电极176的一侧上具有上升区段180，并且在挡板170的与电极176相对的一侧上具有下降区段182)，在图13中将其与不包括挡板组件(例如具有类似于挡板170的挡板的挡板组件)，使得没有形成循环模式的对比盘组件184进行了比较。图14示出了在具有包括的挡板170的盘组件160(图14左侧)和不具有挡板组件的对比盘组件184(图14右侧)中电解质的模拟流动分布的矢量图。从图14中可以看出，在没有挡板的情况下，电解质溶液缓慢向上上升通过对比盘组件184。在电极176处释放的气体影响电解质的流动，向上拖动一些电解质，并且横向冲击一些电解质。在对比盘组件184中，沿左上壁(邻近于电极176)的气体提升是明显的。虽然不具有挡板的对比盘组件184确实会导致弱的电解质循环的形成，但包括挡板170的盘组件160则在盘组件160内产生强的循环。从图14中可以明显看出，在上升区段180例如挡板170的最靠近电极176的一侧中的流动由于气体提升而强烈地向上定向，而在下降区段182例如挡板170的最靠近盘组件160的后壁178的一侧中的流动强烈地向下定向。上升区段180中的相对高的速度和剪切速率有助于从电极176扫掠气体，在盘组件160内提供有效的顶部至底部混合，并且推动增强的对流冷却。

挡板组件162可以用于产生快速流动的循环回路，使得电解质在其流过盘组件160时保持基本等温。由于高程度的上下混合和循环，在电解质流入和流过盘组件160时可以实现电解质的快速热平衡。另一优点是，可以将相对冷的电解质引入盘组件160，这可以与温热的循环电解质流体平衡。循环率(或电解质通过盘组件160期间的再循环回路的圈数)可以是从1至200的任何值。高循环率还可以推动邻近于膜131的较大的剪切速率，从而便利于将气体从膜131中扫除和/或增强或最大化从膜131到电极176的热传递。

挡板170相对于电极176以及盘164的后壁178的定位和/或挡板170的宽度W_Baffle和长度L_Baffle(如图15所示)可以影响电解质通过上升区段180和下降区段182的速度，从而影响盘组件160内电解质的循环率。已经发现，如果挡板170位于距电极176远于指定的临界距离，则可能不形成上升区段180和下降区段182的循环模式。具体地，已经发现，当挡板170与电极176之间的间隙过大时，与远离电极176缓慢上升的电解质相比，邻近于电极176的相对轻、富含气体的区域的自由对流相对快地上升。所产生的剪切力可以拖起一些电解质，当气体在盘组件160的顶部处脱离进入歧管168时，这些电解质则可以向下落回挡板170的靠近电极176的一侧上，从而产生在挡板170的最靠近电极176的一侧上形成的弱循环。在这种构型中，挡板170可能不会在上升区段与下降区段之间划分，并且可能不形成强的循环流。另一方面，如果挡板170太靠近电极176，那么当气体在电极176处形成时，电极176与挡板170之间的空间可能填充有气体，从而阻塞挡板170与电极176之间的空间中的电解质流动。挡板170与电极176之间的空间中的气体的高体积分数可能导致膜和/或电极176遮蔽，以及差的电传输和热传输。

如图13所示，盘164的深度D_Pan、挡板170相对于电极176的相对深度D_Baffle、挡板170相对于盘164的总高度H_Pan的高度H_Baffle和/或挡板170在盘164内的垂直位置(例如，由从挡板170的顶部边缘到盘164的顶壁的垂直距离H_Top以及从挡板170的底部边缘到盘164的底壁的对应垂直距离H_Bot决定)可以影响盘164内的电解质的循环模式。

在示例中，挡板170距电极176的距离(即如图13所示，挡板的相对深度D_Baffle)为从约5mm至约25mm，例如从约5mm至约15mm，例如从约5mm至约12mm，例如从约5mm至约10mm，例如从约5mm至约8mm，例如从约5mm至约6mm，例如从约6mm至约25mm，例如从约6mm至约15mm，例如从约6mm至约12mm，例如从约6mm至约10mm，例如从约6mm至约8mm，例如从约8mm至约25mm，例如从约8mm至约15mm，例如从约8mm至约12mm，例如从约8mm至约10mm，例如从约10mm至约25mm，例如从约10mm至约15mm，例如从约10mm至约12mm，例如从约12mm至约25mm，例如从约12mm至约15mm。在一些示例中，挡板170距电极176的距离D_Baffle相当于凹口在肋部174上的深度。

在示例中，从挡板170到电极176的距离D_Baffle为盘164的总深度D_Pan的从约0.25(25％)至约0.5(50％)，例如从盘164的总深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.4(40％)，例如从盘164的总深度D_Pan的约0.25(25％)至约0.3(30％)，例如从盘164的总深度D_Pan的约0.3(30％)至约0.5(50％)，例如从盘164的总深度D_Pan的约0.4(40％)至约0.5(50％)。

在示例中，挡板170的高度H_Baffle和定位使得其在盘164的顶部处(图13中的H_Top)和/或底部处(图13中的H_Bot)为气体和液体流动留出空间。在盘组件160中存在歧管168和挡板170两者的一些示例中，根据歧管168的深度和挡板170相对于盘164的深度D_Pan的放置，挡板170可以在歧管168的后面(例如，在歧管168与电极176之间)朝向盘164的顶部延伸，或者挡板170可以在歧管168下方终止。在任一情况下，挡板170与盘164的顶部和/或底部之间都可以存在用于气体流动和液体流动的空间。

在示例中，挡板170的底部边缘与盘164的底壁之间的空间H_Bot从约6mm至约75mm，例如从约6mm至约65mm，例如从约6mm至约50mm，例如从约6mm至约40mm，例如从约6mm至约30mm，例如从约6mm至约20mm，例如从约6mm至约10mm，例如从约10mm至约75mm，例如从约10mm至约65 mm，例如从约10 mm至约50 mm，例如从约10mm至约40 mm，例如从约10 mm至约30mm，例如从约10 mm至约20mm，例如从约10mm至约15mm，例如从约20mm至约75mm，例如从约20mm至约65mm，例如从约20mm至约50mm，例如从约20mm至约40mm，例如从约20mm至约30mm，例如从约30mm至约75mm，例如从约30 mm至约65 mm，例如从约30 mm至约50 mm，例如从约30mm至约40 mm，例如从约40 mm至约75 mm，例如从约40 mm至约65mm，例如从约50mm至约75mm，例如从约50mm至约65mm，例如从约60mm至约75mm。

在一些实施方式中，挡板170的顶部边缘与盘164的顶壁或歧管168的底部之间的空间H_Top在约6mm至约150mm之间，例如从约6mm至约140mm，例如从约6mm至约130mm，例如从约6mm至约120mm，例如从约6mm至约110mm，例如从约6mm至约100mm，例如从约6mm至约80mm，例如从约6mm至约70mm，例如从约6mm至约50mm，例如从约6mm至约25mm，例如从约10mm至约150mm，例如从约10mm至约140mm，例如从约10mm至约130mm，例如从约10mm至约120mm，例如从约10mm至约110mm，例如从约10mm至约100mm，例如从约10 mm至约80 mm，例如从约10 mm至约70 mm，例如从约10mm至约50 mm，例如从约10 mm至约25 mm，例如从约25 mm至约150mm，例如从约25mm至约140mm，例如从约25mm至约130mm，例如从约25mm至约120mm，例如从约25mm至约110mm，例如从约25mm至约100mm，例如从约25mm至约80mm，例如从约25mm至约70mm，例如从约25mm至约50mm，例如从约50mm至约150mm，例如从约50mm至约140mm，例如从约50mm至约130mm，例如从约50mm至约120mm，例如从约50mm至约110mm，例如从约50mm至约100mm，例如从约50mm至约80mm，例如从约50mm至约70mm，例如从约100mm至约150mm，例如从约100mm至约140mm，例如从约100mm至约130mm，例如从约100mm至约120mm，例如从约125mm至约150mm，例如从约125mm至约140mm，例如从约130mm至约150mm，例如从约75mm至约120mm。应当理解的是，挡板与阳极盘和/或阴极盘的底部之间的空间的任何上述尺寸以及挡板与阳极盘和/或阴极盘的顶部或歧管的底部之间的空间的尺寸可以进行组合，以实现电解质的最佳循环模式。

在一些实施方式中，本文提供的阳极盘组件和/或阴极盘组件与上述歧管和出口管和/或挡板组件提供若干优点，例如但不限于：容纳上述高流量的阳极溶液或阴极溶液和/或减少或最小化段塞流或柱塞流的发生；减少或最小化大的空间和/或时间温度波动；将由于单元中的多相流引起的压力波动减少或最小化至例如小于0.5psi；和/或减少或最小化膜侵蚀和/或疲劳。

如上所述，电解器单元在高电流密度下的操作可能导致重大挑战，例如但不限于单元中产生的大量热量。在高电流密度下生产大量气体的电解器单元中，气体/电解质混合物与单独的电解质相比可能具有较低的比热、较低的密度和/或较低的热导率。因此，随着气体滞留量的增加，电解质的热去除效率可能降低。如果气袋掩蔽了电极的区域，则局部温度可能迅速升高。如果电极的重要区域被掩蔽，则未被掩蔽的区域可能必须更努力地工作，从而增加局部焦耳加热。这样形成的局部热斑可能损坏膜。随着单元中电流密度的增加，功率耗散也可能急剧上升。大的空间和/或时间温度波动可能损坏膜。

图16至图19以及图20A至图20C示出了盘组件190的说明性示例，该盘组件190可以用作图1所示电解器单元100中阳极半单元111的阳极盘组件或者阴极半单元121的阴极盘组件或阳极半单元111的阳极盘组件和阴极半单元121的阴极盘组件两者。盘组件190包括具有指定几何形状和/或间距的多个肋部194，和/或经由使用将盘组件190的电极198耦接至肋部194的一个或更多个焊接部196，其中，焊接部196具有指定的焊接密度和截面构型，以减少或最小化功率耗散，从而改进单元的操作期间的温度分布。盘组件190还可以包括：上文关于图3至图8所述的盘组件140的特征(例如，歧管和出口管，电解质和产生的气体可以在离开盘组件190之前流过该歧管和出口管，该歧管和出口管可以与上文关于盘组件140所述的歧管144和出口管146相似或相同)以及/或者上文关于图9至图15所述的盘组件160的特征(例如，挡板组件，该挡板组件可以与上文关于盘组件160所述的挡板组件162相似或相同)。换句话说，形成阳极组件或阴极组件或者阳极组件和阴极组件两者的盘组件除了包括下面描述的盘组件190的特征之外，还可以包括上文关于图3至图8描述的盘组件140的特征和/或上面关于图9至图15描述的盘组件160的特征。

盘组件190中的肋部几何形状、肋部间距和/或焊接密度和截面构型可以减少或最小化这些挑战中的一个或更多个挑战的影响，例如但不限于通过更有效地在盘组件190上分配电流以减少热斑形成的机会、减少或避免电解质沿盘组件190高度的大的空间和/或时间温度波动，和/或减少或最小化由于热斑引起的膜损坏。

如下所述，包括一个或更多个肋部194和焊接部196的盘组件190的设计在高电流密度下操作时可以提供单元的有效区域上的有效电流分布。肋部194和焊接部196的截面面积还可以允许单元在操作方面和经济方面更加有效。

与上文关于图3至图15所述的盘组件140和160类似，盘组件190可以用作图1的电解器单元100中的阳极半单元111和阴极半单元121中的一者或两者的结构，即盘组件190可以形成阳极半单元111，使得盘组件190是阳极盘组件，和/或盘组件190可以形成阴极半单元121，使得盘组件190是阴极盘组件。盘192可以包括用于接收电解质(即，如果盘组件190是阳极盘组件，则为阳极电解质，并且如果盘组件190是阴极盘组件，则为阴极电解质)和电极198(即，阳极盘组件190中的阳极112或者阴极盘组件190中的阴极122)的内部。阳极盘组件和阴极盘组件可以由分隔件(即膜131)分隔，分隔件可以是例如以下中的一个或更多个：隔膜、膜电极组件(MEA)或离子交换膜(IEM)。盘组件190还可以包括诸如收集系统的部件，收集系统(例如歧管，诸如上文所述的歧管144或168)收集气体和电解质，以便从盘组件190流出。可以提供各种附加的分隔件部件，例如以将一个或更多个膜与阳极分隔，将一个或更多个膜与阴极分隔，将一个膜与另一个膜分隔(例如，将阴离子交换膜(AEM)与阳离子交换膜(CEM)分隔)，和/或为一个或更多个膜提供机械完整性。除了这些部件之外，可以在部件之间并沿着部件的外周缘设置单独的垫圈或垫圈带，以密封隔室防止流体泄漏。

在示例中，盘组件190包括：盘192、垂直定位在盘192内部的一个或更多个肋部194；耦接至一个或更多个肋部194的电极198；以及将电极198焊接至一个或更多个肋部194的一个或更多个焊接部196。图16是盘组件190的说明性示例的正视图，图17是盘组件190的侧截面视图，图18是沿图17中的线18截取的截面的放大图。图示出了可以形成一个或更多个肋部194的一个或更多个结构。特别是从图18的视图中可以看出，在示例中，一个或更多个肋部194可以垂直于或基本垂直于盘192的主要尺寸。例如，一个或更多个肋部194中的每一个可以垂直于或基本垂直于盘192的一个或更多个主要面，例如电极198或后盘壁200。

可以在盘192的顶部以及一个或更多个肋部194的顶部上放置电极198。如可以看到的，在示例中，电极198可以利用一个或更多个焊接部196焊接至一个或更多个肋部194。在示例中，一个或更多个肋部194中的每一个通过一个或更多个凸片202耦接至盘192的后壁200，该凸片202利用一个或更多个凸片焊接部204耦接至后壁200。

在示例中，电极198可以经由一个或更多个焊接部196电耦接至所提供的电流。在使用盘组件190以形成阴极半单元的单元的操作期间，电流通过阴极盘组件190的焊接部196流入阴极(例如，阴极盘组件190的电极198)。然后，电流从阴极198流到阴极盘组件190的一个或更多个肋部194。然后，电流流过阴极盘组件190的一个或更多个肋部194、通过凸片202，并且最终流到接触阴极盘组件190的盘192的导体(例如，流到相邻单元的阳极半单元或接触板)。在使用盘组件190以形成阳极半单元的单元的操作期间，电流从接触阳极盘组件190的盘192的导体(例如，从相邻单元的阴极半单元或从接触板)通过凸片202流到阳极盘组件190的肋部194，然后流到阳极(例如，阳极盘组件190的电极198)，并且然后流到电连接至阳极盘组件190的一个或更多个焊接部196的导体。如上所述，一个或更多个肋部194可以经由凸片202和凸片焊接部204焊接至盘192的后壁200。在示例中，凸片202设置肋部194的底部与盘192的后壁200之间的凸片焊接部204的间距。由于电流通过肋部194在盘192的后壁200与电极198之间流动，因此凸片202可以在肋部194与盘192之间提供足够的焊接截面。凸片202可以便利于跨有效区域的更好的电流分布并且提供肋部194与盘192之间的电接触。然而，在其他示例中，肋部194可以直接焊接至盘192的后壁200，而不需要通过凸片连接。

一个或更多个肋部194的几何形状和间距可以决定通过盘组件190的电流流动。肋部194的几何形状可以包括但不限于肋部194的数目、肋部194的高度H_Rib、肋部194的物理设计、相邻肋部194之间的间距P_Ribs和/或肋部194的厚度T_Rib(如图19所示)。当电流流过焊接部196时，焊接部196的几何形状、间距或密度和/或截面面积也会影响通过盘组件190的电流流动。随着越来越高的电流流过单元，焊接部196的密度和截面面积可能显著影响局部焦耳加热并且避免局部热斑造成的膜损坏。本文提供了肋部194以及焊接部196的独特几何形状、间距和截面面积，这可以便利于由盘组件190中的一个或两个构成的电化学单元在高电流密度下的高效操作。

可以出于一个或更多个目的选择一个或更多个肋部194的物理构型，即整体形状。例如，肋部194中的一个或更多个可以是实心板，例如导电金属的实心板，例如图20A中所示的示例肋部194A。在另一示例中，一个或更多个肋部194可以包括允许电解质在盘192内横向移动的一个或更多个孔或开口，例如图20B中所示的具有孔206的一个或更多个肋部194B。在示例中，一个或更多个肋部194包括用于接收一个或更多个其他结构的一个或更多个凹口，例如图20C中所示的肋部194C，该肋部194C包括用于接收挡板210的部分(下文将详细描述)的一个或更多个凹口208。在示例中，一个或更多个肋部194可以包括孔206和凹口208两者，如图20C中所示的肋部194C，或者可以仅包括孔206或凹口208。

盘192内部的肋部194的数目可能影响盘组件190内的电流分布和功率耗散。在示例中，盘192内部的肋部194的数目为从1至75个肋部194，例如从1至60个肋部194，例如从1至50个肋部194，例如从1至40个肋部194，例如从1至30个肋部194，例如从1至20个肋部194，例如从1至10个肋部194，例如从1至5个肋部194，例如从5至75个肋部194，例如从5至60个肋部194，例如从5至50个肋部194，例如从5至40个肋部194，例如从5至30个肋部194，例如从5至20个肋部194，例如从5至10个肋部194，例如从10至75个肋部194，例如从10至60个肋部194，例如从10至50个肋部194，例如从10至40个肋部194，例如从10至30个肋部194，例如从10至20个肋部194，例如从20至75个肋部194，例如从20至60个肋部194，例如从20至50个肋部194，例如从20至40个肋部194，例如从20至30个肋部194，例如从30至75个肋部194，例如从30至60个肋部194，例如从30至50个肋部194，例如从30至40个肋部194，例如从40至75个肋部194，例如从40至60个肋部194，例如从40至50个肋部194，例如从50至75个肋部194，例如从50至60个肋部194，例如从60至75个肋部194。例如，图16至图19以及图20A至图20C中所示的盘组件190示出了包含五(5)个肋部194的盘192。

图19中示出了示例性盘组件190的截面立体图。图19中未示出电极198和焊接部196。如上所述，盘组件190包括垂直定位在盘192中的一个或更多个肋部194，例如，肋部194(例如利用凸片202)耦接至盘192的后壁200，并且肋部194从后壁200朝向电极延伸。在图19中，两个相邻肋部194之间的间距或距离被标记为P_Ribs，一个或更多个肋部194的高度被标记为H_Rib，并且一个或更多个肋部194的厚度被标记为T_Rib。肋部194在图19中示出为包括用于电解质移动的孔206以及凹口208。凹口208便于将挡板210的特定部分配装到由凹口208形成的空间中，以便将挡板210固定至一个或更多个肋部194。挡板210可以与上文关于图9至图15中的盘组件160所述的挡板170相似或相同。在示例中，一个或更多个肋部194由导电金属制成，例如但不限于镍、不锈钢等。

应当理解的是，孔206和凹口208可以不存在，例如，肋部194可以均由实心板形成，例如图20A中的肋部194A，或者肋部194可以具有凹口208但不具有孔206，或者肋部194可以具有孔206但不具有凹口208。孔206(如果存在的话)不需要具有任何特定的形状或尺寸。例如，孔206可以是圆形开口、狭缝、穿孔或网。

在示例中，一个或更多个肋部194的长度L_Rib(图16)从约0.25米(m)至约1.5m，例如从约0.25m至约1.2m，例如从约0.25m至约1m，例如从约0.25m至约0.8m，例如从约0.25m至约0.6m，例如从约0.25m至约0.5m，例如从约0.25m至约0.4m，例如从约0.25m至约0.3m，例如从约0.5m至约1.5m，例如从约0.5m至约1.2m，例如从约0.5m至约1m，例如从约0.5m至约0.8m，例如从约0.5m至约0.6m，例如从约0.6m至约1.5m，例如从约0.6m至约1.2m，例如从约0.6m至约1m，例如从约0.6m至约0.8m，例如从约0.7m至约1.5m，例如从约0.7m至约1.2m，例如从约0.7m至约1m，例如从约0.7m至约0.8m，例如从约0.8m至约1.5m，例如从约0.8m至约1.2m，例如从约0.8m至约1m。

在示例中，一个或更多个肋部194中的每个肋部中的凹口208的长度从约5毫米(mm)至约100mm，例如从约5mm至约80mm，例如从约5mm至约60mm，例如从约5mm至约50mm，例如从约5mm至约40mm，例如从约5mm至约30mm，例如从约5mm至约20mm，例如从约5mm至约10mm，例如从约10mm至约100mm，例如从约10mm至约50mm，例如从约10mm至约40mm，例如从约10mm至约30mm，例如从约10mm至约20mm，例如从约20mm至约100mm，例如从约20mm至约50mm，例如从约20mm至约40mm，例如从约20mm至约30mm，例如从约30mm至约100mm，例如从约30mm至约50mm，例如从约30mm至约40mm，例如从约40mm至约100mm，例如从约40mm至约50mm，例如从约50mm至约100mm，例如从约75mm至约100mm。

在示例中，一个或更多个肋部194的厚度T_Rib从约1mm至约3mm，例如从约1mm至约2.5mm，例如从约1mm至约2mm，例如从约1mm至约1.5mm，例如从约2mm至约3mm，例如从约2mm至约2.5mm，例如从约2.5mm至约3mm。

在示例中，一个或更多个肋部194的高度H_Rib从约10mm至约110mm，例如从约10mm至约100mm，例如从约10mm至约75mm，例如从约10mm至约70mm，例如从约10mm至约60mm，例如从约10mm至约50mm，例如从约10mm至约40mm、例如从约10mm至约30mm，例如从约20mm至约110mm，例如从约20mm至约75mm，例如从约20mm至约70mm，例如从约20mm至约60mm，例如从约20mm至约50mm，例如从约20mm至约40mm，例如从约20mm至约30mm，例如从约30mm至约110mm、例如从约30mm至约75mm，例如从约30mm至约70mm，例如从约30mm至约60mm，例如从约30mm至约50mm，例如从约30mm至约40mm，例如从约40mm至约110mm，例如从约40mm至约75mm，例如从约40mm至约70mm，例如从约40mm至约60mm、例如从约40mm至约50mm，例如从约50mm至约110mm，例如从约50mm至约75mm，例如从约50mm至约70mm，例如从约50mm至约60mm，例如从约60mm至约110mm，例如从约60mm至约75mm，例如从约70mm至约110mm，例如从约70mm至约80mm。

在示例中，两个相邻肋部194之间的间距P_Ribs从约40mm至约200mm，例如从约40mm至约150mm，例如从约40mm至约140mm，例如从约40mm至约130mm，例如从约40mm至约120mm，例如从约40mm至约110mm、例如从约40mm至约100mm，例如从约40mm至约80mm，例如从约40mm至约70mm，例如从约60mm至约200mm，例如从约60mm至约150mm，例如从约60mm至约140mm，例如从约60mm至约130mm，例如从约60mm至约120mm，例如从约60mm至约110mm，例如从约60mm至约100mm，例如从约60mm至约80mm，例如从约80mm至约200mm，例如从约80mm至约150mm，例如从约80mm至约100mm，例如从约100mm至约200mm，例如从约100mm至约150mm，例如从约100mm至约140mm，例如从约100mm至约130mm，例如从约100mm至约120mm，例如从约125mm至约200mm，例如从约125mm至约150mm，例如从约125mm至约140mm，例如从约130mm至约150mm，例如从约75mm至约120mm。

如图18以及图20A至图20C所示，电极198可以利用多个焊接部196焊接至一个或更多个肋部194的顶部。在示例中，电极198是平面电极或延展金属或网。在电极198是延展金属或网的示例中，形成网的每股的厚度可以从约0.5mm至约3mm，例如从约0.5mm至约2.5mm，例如从约0.5mm至约2mm，例如从约0.5mm至约1.5mm，例如从约0.5mm至约1mm，例如从约1mm至约3mm，例如从约1mm至约2.5mm，例如从约1mm至约2mm，例如从约1mm至约1.5mm，例如从约1.5mm至约3mm，例如从约1.5mm至约2.5mm，例如从约1.5mm至约2mm，例如从约2mm至约3mm，例如从约2.5mm至约3mm。

焊接部196的几何形状、间距、密度和/或截面面积可以影响通过盘组件190的电流流动。随着操作电流密度增加和更多电流流过单元，焊接部196的密度(例如焊接部196的截面面积以及焊接部196之间的间距)可以影响局部焦耳加热。可以选择焊接部196的密度，以减少或最小化由于形成局部热斑而引起膜损坏的可能性。图20A至图20C中的示例焊接部196被示出为斑点。然而，焊接部可以呈线、斑点、图案或任何其他形状或其组合的形式。例如，点焊机可以将焊接部196形成为斑点，而激光焊机可以将焊接部196产生为线和/或斑点和/或图案。焊接部196可以被形成的图案包括但不限于点、点阵列、虚线、斑点、线和线段的组合，其可以布置成任何几何上规则形状的图案，例如一般矩形几何形状、一般圆形几何形状或一般六边形几何形状，或者可以布置成不规则形状。

可以用于形成焊接部196的焊接技术的示例包括但不限于：激光焊接、TiG焊接和点焊，例如电阻点焊。激光焊接可以实现沿着肋部194之一的长度L_Rib的大部分直至并包括肋部194的整个长度L_Rib的单个线性焊接部196，以便将肋部194焊接至电极198。例如，当一个或更多个肋部194是实心板(例如图20A中的肋部194A)或者不包括凹口208的具有孔的板(例如图20B中的肋部194B)时，可以存在沿着肋部194的整个长度L_Rib以将肋部194连接至电极198的单个线性焊接196。激光焊接或TiG焊接也可以用于产生呈线段形式的焊接部196。例如，当肋部194中的一个或更多个包括凹口208(例如图20C中的肋部194C)时，可以存在在肋部194的与电极198接触的部分上而不在凹口208上的焊接线的段。激光焊接还可以产生包括点、点阵列、虚线、斑点、线段、长线和任何指定几何形状(例如椭圆形几何形状、矩形几何形状、圆形几何形状、六边形几何形状或其组合)的焊接图案。焊接几何形状可以由焊接梢部和砧座的形状决定，例如当用电阻焊产生焊接部时。TiG焊接部可以手动产生，并且可以是任意形式。

在示例中，焊接部196的几何形状包括盘192中的焊接部的数目。将电极198耦接至肋部194的焊接部196的数目可以影响盘组件190内的电流分布和功率耗散。在示例中，每个肋部194的呈斑点形式的焊接部196(例如图18以及图20A至图20C中所示的示例斑点焊接部196)的数目为每个肋部194从10至50个焊接部196，例如每个肋部194从10至40个焊接部196，例如每个肋部194从10至30个焊接部196，例如每个肋部194从10至20个焊接部196，例如每个肋部194从20至50个焊接部196，例如每个肋部194从20至40个焊接部196，例如每个肋部194从20至30个焊接部196，例如每个肋部194从30至40个焊接部196，例如每个肋部194从35至40个焊接部196，例如每个肋部194从40至50个焊接部196。

在示例中，当呈斑点焊接部形式时，焊接部196之间的距离在x方向和y方向上独立地为从约25mm至约200mm，例如从约25mm至约150mm，例如从约25mm至约100mm，例如从约25mm至约75mm，例如从约25mm至约50mm，例如从约50mm至约200mm，例如从约50mm至约150mm，例如从约50mm至约100mm，例如从约50mm至约75mm，例如，从约75mm至约200mm，例如从约75mm至约150mm，例如从约75mm至约100mm，例如从约100mm至约200mm，例如从约100mm至约150mm。

在示例中，每个肋部194的呈线焊接部或线段焊接部形式的焊接部196的数目为每个肋部194有1至75个之间的焊接部196，例如每个肋部194从1至70个的焊接部196，例如每个肋部194从1至60个的焊接部196，例如每个肋部194从1至50个的焊接部196，例如每个肋部194从1至40个的焊接部196，例如每个肋部194从1至30个的焊接部196，例如每个肋部194从1至20个的焊接部196，例如每个肋部194从1至10个的焊接部196，例如每个肋部194从2至75个的焊接部196，例如每个肋部194从2至70个的焊接部196，例如每个肋部194从2至60个的焊接部196，例如每个肋部194从2至50个的焊接部196，例如每个肋部194从2至40个的焊接部196，例如每个肋部194从2至30个的焊接部196，例如每个肋部194从2至20个的焊接部196，例如每个肋部194从2至10个的焊接部196，例如每个肋部194从10至75个的焊接部196，例如每个肋部194从10至70个的焊接部196，例如每个肋部194从10至60个的焊接部196，例如每个肋部194从10至50个的焊接部196，例如每个肋部194从10至40个的焊接部196，例如每个肋部194从10至30个的焊接部196，例如每个肋部194从10至20个的焊接部196，例如每个肋部194从25至75个的焊接部196，例如每个肋部194从25至50个的焊接部196，例如每个肋部194从50至75个的焊接部196，例如每个肋部194从60至75个的焊接部196。

在示例中，当呈线焊接部或线段焊接部形式时，焊接部196之间的距离在x方向和y方向上独立地为从约40mm至约200mm，例如从约40mm至约150mm，例如从约40mm至约100mm，例如从约40mm至约75mm，例如从约75mm至约200mm，例如从约75mm至约150mm，例如从约75mm至约100mm，例如从约100mm至约200mm，例如从约100mm至约150mm，例如从约150mm至约200mm。

在示例中，当一个或更多个肋部194包括一个或更多个凹口208并且焊接部196包括将电极198焊接至肋部194的形成在凹口208之间的脊的一个或更多个线段时，特定焊接部196的线段可以沿凹口208之间的脊的整个长度延伸，或者仅沿凹口208之间的脊的部分长度延伸。在示例中，线段焊接部196的长度是凹口208之间的脊的长度，或者线段焊接部196的长度为从约0.25m至约1m，例如从约0.25m至约0.8m，例如从约0.25m至约0.6m，例如从约0.25m至约0.5m，例如从约0.25m至约0.4m，例如从约0.25m至约0.3m，例如从约0.5m至约1m，例如从约0.5m至约0.8m，例如从约0.5m至约0.6m，例如从约0.6m至约1m，例如从约0.6m至约0.8m，例如从约0.7m至约1m，例如从约0.7m至约0.8m，例如从约0.8m至约1m。

在示例中，两个相邻线段焊接部196之间的距离为从约5mm至约100mm，例如从约5mm至约80mm，例如从约5mm至约60mm，例如从约5mm至约50mm，例如从约5mm至约40mm，例如从约5mm至约30mm，例如从约5mm至约20mm，例如从约5mm至约10mm，例如从约10mm至约100mm，例如从约10mm至约50mm，例如从约10mm至约40mm，例如从约10mm至约30mm，例如从约10mm至约20mm，例如从约20mm至约100mm，例如从约20mm至约50mm，例如从约20mm至约40mm，例如从约20mm至约30mm，例如从约30mm至约100mm，例如从约30mm至约50mm，例如从约30mm至约40mm，例如从约40mm至约100mm，例如从约40mm至约50mm，例如从约50mm至约100mm，例如从约75mm至约100mm。

在示例中，每个焊接部196的截面面积为从约6平方毫米(mm²)至约3300mm²，例如从约6mm²至约3000mm²，例如从约6mm²至约2000mm²，例如从约6mm²至约1000mm²，例如从约6mm²至约500mm²，例如从约6mm²至约300mm²，例如从约6mm²至约100mm²，例如从约50mm²至约3300mm²，例如从约50mm²至约3000mm²，例如从约50mm²至约2000mm²，例如从约50mm²至约1000mm²，例如从约50mm²至约500mm²，例如从约50mm²至约300mm²，例如从约50mm²至约100mm²，例如从约100mm²至约3300mm²，例如从约100mm²至约3000mm²，例如从约100mm²至约2000mm²，例如从约100mm²至约1000mm²，例如从约100mm²至约500mm²，例如从约100mm²至约300mm²，例如从约500mm²至约3300mm²，例如从约500mm²至约3000mm²，例如从约500mm²至约2000mm²，例如从约500mm²至约1000mm²，例如从约1000mm²至约3300mm²，例如从约1000mm²至约3000mm²，例如从约1000mm²至约2000mm²，例如从约2000mm²至约3000mm²，例如从约2500mm²至约3000mm²。

在示例中，焊接部196的几何形状、间距或密度和/或截面面积使得电极198的截面面积相对于焊接部196的总截面面积的比率为从约15:1至约2000:1，例如从约15:1至约1000:1，例如从约15:1至约500:1。

在示例中，焊接部196的几何形状、间距或密度和/或截面面积使得当单元190在以其最大电流密度下操作时通过每个焊接部196的电流密度为约20安培每平方毫米(A/mm²)或更小，例如约19A/mm²或更小，例如18A/mm²或更小，例如约17A/mm²或更小，例如约16A/mm²或更小，例如约15A/mm²或更小，例如约14A/mm²或更小，例如约13A/mm²或更小，例如约12.5A/mm²或更小，例如约12A/mm²或更小，例如约11A/mm²或更小，例如约10A/mm²或更小，例如约9A/mm²或更小，例如约8A/mm²或更小，或从约5A/mm²至约20A/mm²，例如从约7.5A/mm²至约15A/mm²，例如从约7.5A/mm²至约10A/mm²。

在一个具体的非限制性示例中，焊接部196呈斑点焊接部的形式，并且存在每个肋部194有从10至50个焊接部196，相邻斑点焊接部196之间的距离为从约25mm至约200mm(在x方向和y方向上独立地)，每个斑点焊接部196的截面面积为从约6mm²至约3300mm²，并且通过每个斑点焊接部196的电流密度为6A/mm²或更小，例如4A/mm²或更小。在另一具体的非限制性示例中，焊接部196呈线焊接部的形式，并且存在每个肋部194有从1至75个焊接部196，相邻线焊接部196之间的距离为从约40mm至约200mm(在x方向和y方向上独立地)，每个线焊接部196的截面面积为从约6mm²至约3300mm²，并且通过每个线焊接部196的电流密度为6A/mm²或更小，例如4A/mm²或更小。

在示例中，包括具有上面针对用于阳极半单元111和阴极半单元121中的一者或两者的盘组件140、160、190描述的结构中的一个或任意组合的盘组件的电化学单元100可以在以下电流密度下操作：从约300mA/cm²至约6000mA/cm²，例如在从约300mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约1000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约800mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约600mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约500mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约1000mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约800mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约600mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约1000mA/cm²，例如从约600mA/cm²至约800mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约800mA/cm²至约1000mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约2000mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约2000mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约2000mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约2000mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约3000mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约3000mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约3000mA/cm²至约4000mA/cm²，例如从约4000mA/cm²至约6000mA/cm²，例如从约4000mA/cm²至约5000mA/cm²，例如从约5000mA/cm²至约6000mA/cm²。在一些示例中，包括用于阳极半单元111和阴极半单元121中的一者或两者的盘组件140、160、190中的任何一个的电化学单元100在以下高电流密度下操作：从约300mA/cm²至约3000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约2000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约1000mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约800mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约600mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约500mA/cm²，例如从约300mA/cm²至约400mA/cm²。

在示例中，包括上面针对盘组件140、160、190描述的结构中的一个或任何组合的盘组件可以容纳高流量的电解质(通过阳极盘组件的阳极电解液或通过阴极盘组件的阴极电解液)，例如从约200千克每小时(kg/h)至约10,000kg/h，例如从约200kg/h至约9000kg/h，例如从约200kg/h至约8000kg/h，例如从约200kg/h至约7000kg/h、例如从约200kg/h至约6000kg/h，例如从约200kg/h至约5000kg/h，例如从约200kg/h至约4000kg/h，例如从约200kg/h至约3000kg/h、例如从约200kg/h至约2000kg/h，例如从约200kg/h至约1000kg/h，例如从约500kg/h至约10,000kg/h，例如从约500kg/h至约9000kg/h，例如从约500kg/h至约8000kg/h，例如从约500kg/h至约7000kg/h，例如从约500kg/h至约6000kg/h、例如从约500kg/h至约5000kg/h，例如从约500kg/h至约4000kg/h，例如从约500kg/h至约3000kg/h，例如从约500kg/h至约2000kg/h，例如从约500kg/h至约1000kg/h，例如从约800kg/h至约10,000kg/h，例如从约800kg/h至约9000kg/h，例如从约800kg/h至约8000kg/h、例如从约800kg/h至约7000kg/h，例如从约800kg/h至约6000kg/h，例如从约800kg/h至约5000kg/h，例如从约800kg/h至约4000kg/h，例如从约800kg/h至约3000kg/h，例如从约800kg/h至约2000kg/h，例如从约800kg/h至约1000kg/h、例如从约1000kg/h至约10,000kg/h，例如从约1000kg/h至约9000kg/h，例如从约1000kg/h至约8000kg/h，例如从约1000kg/h至约7000kg/h，例如从约1000kg/h至约6000kg/h，例如从约1000kg/h至约5000kg/h，例如从约1000kg/h至约4000kg/h、例如从约1000kg/h至约3000kg/h，例如从约1000kg/h至约2000kg/h，例如从约3000kg/h至约10,000kg/h，例如从约3000kg/h至约9000kg/h，例如从约3000kg/h至约8000kg/h，例如从约3000kg/h至约7000kg/h，例如从约3000kg/h至约6000kg/h，例如从约3000kg/h至约5000kg/h，例如从约5000kg/h至约10,000kg/h，例如从约5000kg/h至约8000kg/h，例如从约5000kg/h至约6000kg/h，例如从约6000kg/h至约10,000kg/h，例如从约6000kg/h至约8000kg/h，例如从约8000kg/h至约10,000kg/h。

在示例中，包括上面针对盘组件140、160、190描述的结构中的一个或任意组合的盘组件可以提供通过盘组件140、160、190的电解质的这样的表观液体速度：为0.1m/s或更小，例如0.08m/s或更小，例如0.05m/s或更小，例如0.01m/s或更小。

温度控制

控制电化学单元内的温度对单元的操作可能是重要的。在操作中，通过单元的电流密度可以经常变化，以例如利用电力价格波动(如下所述)。为了最大化分隔件的性能和使用寿命，通常优选将分隔件保持在较小的温度范围内。如果进入电化学单元的电解质入口的温度保持恒定或基本恒定，而电流密度显著变化，则分隔件处的温度将显著变化。

本发明人发现，通过电化学单元100的阳极半单元和阴极半单元的电解质的流量可以被设置，使得可以使用方便的入口流温度将所得到的电解质出口流的温度维持在以最高预期操作电流密度下的指定范围内。图21示出了被配置用于温度控制以保持单元300内的分隔件331的温度的示例电化学单元300。单元300类似于上文关于图1所述的示例单元100。例如，像单元100一样，电化学单元300包括两个半单元：第一半单元311和第二半单元321。在示例中，第一半单元311和第二半单元321由分隔件331(例如膜331)分隔。

第一半单元311可以包括第一电极312，第一电极312可以靠近分隔件331放置，并且第二半单元321可以包括第二电极322，第二电极322可以靠近分隔件331放置，例如放置在分隔件331的与第一电极312的相对侧上。在示例中，第一电极312是单元300的阳极，并且第二电极322是单元300的阴极，使得第一半单元311也可以被称为阳极半单元311，第一电极312也可以被称为阳极312，第二半单元321也可以被称为阴极半单元321，并且第二电极322也可以被称为阴极322。电极312、322中的每一个可以涂覆有一种或更多种电催化剂，以加速向氢气(H₂气体)和/或氧气(O₂气体)的反应，例如但不限于高度分散的金属或铂族金属的合金，例如铂、钯、钌、铑、铱或其组合，例如铂-铑、铂-钌或涂覆有氧化钌(RuO₂)的镍网。

阳极312可以电连接至外部正导体316，并且阴极322可以电连接至外部负导体326。当分隔件331湿润并与电极312和322电解接触，并且在导体316和326上施加适当的电压时，在阳极312处释放O₂气体或者在阴极322处释放H₂气体，或两者。在某些构型中，电解质(例如包括KOH水溶液的电解质)被馈入半单元311和321中。例如，电解质可以通过第一电解质入口314流入阳极半单元311，并且通过第二电解质入口324流入阴极半单元321。在示例中，流过阳极半单元311的电解质拾取成为气泡313的产生的O₂气体，其通过第一出口315离开阳极半单元311。类似地，流过阴极半单元321的电解质可以拾取成为气泡323的产生的H₂气体，其可以通过第二出口325离开阴极半单元121。

通过参考查询表，操作者可以根据单元300当前正运行的电流密度来设置入口流314、324的温度，使得所得到的出口流315、325的温度不会显著波动，例如，使得出口流315、325的温度在目标温度的指定温度变化内。在另一示例中，可以改变入口流314、324的温度，以便将分隔件331的温度保持在恒定或基本恒定的设置点(其可以通过测量出口流325、315中的一者或两者的温度以及基于出口流315、325的一个或更多个温度和操作电流密度来计算分隔件331的温度来确定)处。在示例中，入口温度控制通过一个或更多个控制器340、342(例如，配置用于第一入口流314的温度控制的第一控制器340，以及配置用于基于第二出口流325的温度的第二出口流324的温度控制的第二控制器342)自动进行，一个或更多个控制器340、342例如是可编程逻辑控制器(“PLC”)。温度控制可以与以下中的一个或更多个相关联：电流密度设置(例如，在电极312、322的单位面积上电解器单元300上的电流)、电解器单元300上的电压以及对应出口流315、325的温度。在一些示例中，可以使用比例-积分-微分(“PID”)控制器或前馈控制方案或者PID控制器和前馈控制方案两者自动进行温度控制。在示例中，基于电流密度设置点和电解器单元300上的观测电压经由前馈控制来控制入口温度控制。在另一示例中，除了通过电流密度进行前馈控制之外，对应电解质出口315、325的温度也可以用于经由调整用于慢响应的PID控制器来控制入口314、324的温度，这可以允许出口315、325的温度在来自前馈控制器的快速响应之后对入口314、324的温度进行调整。

在图21所示的示例中，使用具有冷却热交换器344、346的混合方案来有效地实现对入口流314、324的温度的控制，该冷却热交换器344、346可以在热电解质从电解质出口315、325流到对应的电解质入口314、315时对热的电解质返回的至少一部分进行冷却。在图21的示例中，第一冷却热交换器344被配置用于在离开阳极半单元311的第一出口流315的电解质再循环到第一入口流314之前，对第一出口流315的电解质进行冷却。类似的第二冷却热交换器346被配置用于在离开阴极半单元321的第二出口流325的电解质再循环到第二入口流324之前，对第二出口流325进行冷却。在示例中，电解质再循环构型可以包括旁路管线350、352，该旁路管线350、352被配置成允许再循环电解质的一些或全部绕过冷却热交换器344、346(例如，第一旁路管线350用于绕过第一冷却热交换器344，并且第二旁路管线352用于绕过第二冷却热交换器346)，使得电解质的旁路部分不被冷却，并且保持或接近电解质出口315、325处的热的温度。可以包括对应的旁路控制阀354、356，以调节流过冷却热交换器344、346的再循环电解质的比例和将流过旁路管线350、352的比例(例如，第一控制阀354用于调节通过第一冷却热交换器344和第一旁路管线350的流动，并且第二控制阀356用于调节通过第二冷却热交换器346和第二旁路管线352的流动)。在图21所示的示例中，旁路控制阀354、356位于旁路管线350和352上。然而，本领域技术人员将理解，控制阀可以定位在馈入冷却热交换器344、346的入口管线处，或者定位在离开冷却热交换器344、346的出口管线处，这将仍然达到调节流过热交换器344、346和旁路管线350、352的电解质的比例的相同效果。

流过冷却热交换器344、346和旁路管线350、352的流然后被混合，以达到指定的设置点温度。例如，如果期望经由入口314、324馈入单元300的电解质的温度高于其当前温度，则可以控制控制阀354、356，使得相对于流过旁路管线350、352的电解质的比例，较低比例的电解质流过冷却热交换器344、346，使得相对少量的电解质被冷却热交换器344、346冷却，因此使得混合两个流之后的电解质的温度较高。类似地，如果期望馈送至单元300的电解质的温度低于其当前温度，则可以控制控制阀354、356，使得相对于流过旁路管线350、352的比例，较高比例的电解质流过冷却热交换器344、346，使得相对较高量的电解质被冷却热交换器344、346冷却，并且因此使得混合两个流之后的电解质的温度较低。

在示例中，位于混合点下游的流动控制阀360、362可以确保到入口314、324的电解质的馈送流量保持恒定或基本恒定(例如，第一流动控制阀360用于控制到第一入口314的电解质的流量，并且第二流动控制阀362用于控制到第二入口324的电解质的流量)。在另一示例(未示出)中，温度控制阀(类似于图21中的控制阀354、356)可以控制通过冷却热交换器344、346的流量，并且流动控制阀可以控制通过热交换器旁路管线350、352的流量。在示例中，冷却热交换器344、346至少略微过大(就热交换器344、346可以容纳的流量或热交换器344、346的热交换能力而言)，使得冷却热交换器344、346和旁路管线350、352的组合可以提供足够的温度控制和流动控制。本发明人发现，与通过改变被馈送至冷却热交换器344、346的冷却水的量来控制入口流314、324的温度相比，这种类型的用于电解质入口流314、324的温度控制可以提供快速和线性或基本线性的入口温度控制。

入口314、324的快速线性温度控制与基于电流密度或单元300上的观测电压或者电流密度和观测电压两者设置入口温度设置点的前馈控制器的组合可以在改变电流密度时(例如，在改变在单元300上施加的电流密度以改变H₂生产率以考虑电力价格变化时，如下文更详细地描述)为出口流315、325提供稳定的温度控制。以这种方式进行的快速温度管理可以补偿电流密度的快速变化，同时使对分隔件331、电极312、322和单元300的其他部件的热冲击最小化。

用于改进的整体操作费用的动态单元操作

上述电解器单元和其他支持设备的各种结构方面——即示例盘组件140的歧管144和出口管146构型，其适应高气体生产率和高电解质流量(如上文关于图3至图8所述)；示例盘组件160的挡板组件162，其进一步适应高气体生产率和高电解质流量，并帮助流过盘组件的电解质内的温度分布(如上文关于图9至图15所述)；肋部194以及用于将电极198耦接至肋部194的焊接部196，其用于电力和电流分布并改进温度分布(如上文关于图16至图19和图20A至图20C所述)；以及温度控制子系统，其用于响应于电流密度的变化而在单元的操作期间保持电解质温度(如上文关于图21所述)——允许整个水电解H₂气体生成系统具有灵活性，并且动态适应宽范围的操作参数。具体地，本文所述的结构和系统方面可以允许电解器单元在宽范围的电流密度上操作，同时仍能够适应热生成、温度波动和气体生产率方面的巨大差异。例如，包括一个或更多个这些特征的电解器单元可以在以下动态范围内的电流密度下操作：从低至约150毫安每平方厘米(mA/cm²)到高至约3000mA/cm²，例如从约250mA/cm²至约2750mA/cm²，例如从约500mA/cm²至约2500mA/cm²，例如从约750mA/cm²至约2250mA/cm²，例如从约1000mA/cm²至约2000mA/cm²。本文所述的结构和系统方面还允许电解器单元适应宽范围的电解质流量和气体生产率，同时仍减少或最小化通过电解器单元和/或离开电解器单元的电解质或产生气体的段塞流或柱塞流。

这些结构和系统方面可以允许电解器单元在当电力需求和/或电力价格低于指定阈值时和/或当电力需求和/或电力价格下降时的时段期间，以高于指定电流密度的电流密度和/或以高于指定气体生产率的H₂气体生产率(即，对于电解器单元或者对于整个工厂的“标称”电流密度和/或“标称”H₂气体生产率)操作(其在下文中也称为“负荷增加”)，以利用电力需求和/或电力价格低于指定阈值的情况。同样，电解器单元被配置成在当电力需求和/或电力价格高于指定阈值时和/或当价格和/或需求增加时的时段期间，以低于指定电流密度的电流密度和/或以低于指定气体生产率的H₂气体生产率(即，对于电解器单元或者对于整个工厂的“标称”电流密度和/或“标称”H₂气体生产率)操作(其在下文中也称为“负荷减少”)，以利用电力需求和/或电力价格高于指定阈值或者价格和/或需求增加时的情况。在一些示例中，本文所述的电解器被配置成在0.15A/cm²和3.0A/cm²的电流密度值的范围内操作。然而，应当理解的是，电流密度的值和其他范围(包括高于3.0A/cm²和/或低于0.15A/cm²的电流密度值)也适用于本文所述的电解器和方法。

正如本领域技术人员所理解的，电力价格或需求可以根据电解器单元的位置而极大变化。因此，除非本文另有说明，否则本文在提及电力时使用的术语“价格”或“需求”是指电解器单元所在的相关区域内的电力价格或需求。

与常规的水分解电解单元相比，本文所述的电解器单元还可以以相对低的资本支出(“CapEx”)来制造。如本文所使用的，术语“资本支出”和“CapEx”是指工程、设计、采购和建造电解器单元及支持设备(例如管道、去离子水生成、用于电解质和水循环的泵、气体处理和储存、电力整流器、电力变压器和电力母线)所产生的资本支出。

设计和建造本公开内容的电解器单元所需的相对低的CapEx成本可以允许将电解器单元设计成能够容纳高于“标称”电流密度(例如，与电解器单元被设计用于的最佳电流密度相关联的电流密度(其对应于整体工厂被设计用于的标称所需H₂气体生产率))的最大电流密度。换句话说，如果整个工厂被设计用于平均的H₂气体产生能力(对应于特定的单元尺寸和标称电流密度)，则单元可以被设计为具有允许电解器单元实现较高的电流密度(并且因此实现较高的H₂气体生产率)而不会使单元的设计不经济的上述结构特征中的一个或更多个。例如，用于整个工厂的设计的H₂气体生产率可以转化为约1A/cm²的标称操作电流密度。但是根据本公开内容，电解器单元可以被设计成使得电解器单元可以处理基本上更大的电流密度，例如以下这样的电流密度：约1.5A/cm²或更大，例如约1.6A/cm²或更大，例如约1.7A/cm²或更大，例如约1.75A/cm²或更大，例如约1.8A/cm²或更大，例如约1.9A/cm²或更大，例如约2A/cm²或更大，例如约2.1A/cm²或更大，例如约2.2A/cm²或更大，例如约2.25A/cm²或更大，例如约2.3A/cm²或更大，例如约2.4A/cm²或更大，例如约2.5A/cm²或更大，例如约2.6A/cm²或更大，例如约2.7A/cm²或更大，例如约2.75A/cm²或更大，例如约2.8A/cm²或更大，例如约2.9A/cm²或更大，例如约3A/cm²或更大，例如约3.1A/cm²或更大，例如约3.2A/cm²或更大，例如约3.25A/cm²或更大，例如约3.3A/cm²或更大，例如约3.4A/cm²或更大，例如约3.5A/cm²或更大，以便能够利用低于指定阈值的电力需求和/或价格，和/或在负荷增加的情况下的下降的电力需求和/或价格。类似地，单元的支持设备(例如，管道、去离子水生成、用于电解质和水循环的泵、气体处理和储存、电力整流器、电力变压器和电力母线)可以相对于标称H₂气体生产率和标称电流密度所需的设备“过大”，以便利用潜在的负荷增加情况以及与负荷增加相关联的更高的热分布和更大的H₂气体处理要求。

本文所述的电解器单元及其支持设备的相对低的CapEx使得从资本投资的角度来看，在执行负荷减少时以低于指定电流密度的电流密度和/或低于指定气体生产率的H₂气体生产率(其可以与和负荷增加情况相关联的指定电流密度或指定H₂气体生产率相同或不同，例如，指定的电流密度可以是标称电流密度的一定百分比，和/或指定的H₂气体生产率可以是标称H₂气体生产率的一定百分比)操作本公开内容的电解器单元，以在电力需求和/或价格高于阈值和/或增加的需求和/或价格时减少总体操作支出(“OpEx”)仍然是经济的。如本文中使用的，术语“操作支出”和“OpEx”是指利用电解器单元和其他支持设备生成氢气的持续成本，其可以包括但不限于电力成本、操作劳动、常规持续维护、保险、工程和监督操作、短期消耗品以及销售和管理费用。相比之下，具有较高CapEx成本的典型电解器单元即使其降低OpEx，但由于典型电解器单元的CapEx非常高，因此在负荷减少的情况下无法经济地生产氢气。

与现有的电解器单元相比，本公开内容的电解器单元和整体系统允许对电流密度进行动态控制，在该电流密度下电解器单元能够有效且高效地进行负荷减少和负荷增加。如下文更详细描述的，电解器单元在宽范围的电流密度和气体生产率下操作的能力允许本文描述的系统和方法提供用于H₂气体产生的电解器单元的策略和动态的操作，使得降低H₂气体产生的平均成本，并且在一些情况下在系统的长期操作过程中使成本最小化。在示例中，电解器单元可以被设计成在1安培每平方厘米(A/cm²)或更大的最大电流密度(其致使对应的最大H₂气体生产率)下操作，最大电流密度是例如约1.5A/cm²的最大可实现电流密度，例如约2.0A/cm²的最大可实现电流密度，例如约2.5A/cm²，例如约3A/cm²的最大可实现电流密度，例如约3.5A/cm²的最大可实现电流密度。此外，本公开内容的电解器单元和整体系统可以允许在约750毫安每平方厘米(mA/cm²)或更小的最小经济可行电流密度(其致使对应的最小H₂气体生产率)下的经济操作，最小经济可行电流密度是例如约600mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约500mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约400mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约300mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约250mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约200mA/cm²的最小经济可行电流密度，例如约150mA/cm²的最小经济可行电流密度。因此，在示例中，电解器单元的最大可实现电流密度为约3A/cm²(或约3000mA/cm²)，并且最小经济可行电流密度为约150mA/cm²，则电解器单元能够在低至最大可实现电流密度的约5％(即150mA/cm²是3000mA/cm²的5％)的情况下操作，这意味着电解器单元具有95％(即最大可实现电流密度的从5％至100％)的负荷减少和负荷增加操作范围。

电解器单元的在高电流密度和低电流密度下动态操作的能力可以允许操作者对电力价格和/或电力需求做出动态响应，并且当电力价格和/或需求低和/或下降时，负荷增加，而当电力价格和/或需求高和/或增加时，负荷减少。例如，如果某一时间段内电力需求增加，则由于电力价格增加，因此电解器单元的OpEx将在同一时间段内增加对应的量，除非动态降低电解器单元的操作电流密度。因此，在负荷减少的情况下，动态降低电流密度具有动态减少OpEx以抵消与需求增加相关联的OpEx预期上升的效果。

换句话说，电解器单元的操作电流密度可以响应于当电力需求和/或电力价格波动的时间段而改变。需求波动可以包括需求增加(例如，其中，第一时间段期间的需求低于随后的第二时间段期间的需求)或需求减少(例如，其中，第一时间段期间的需求高于随后的第二时间段期间的需求)。类似地，价格波动可以包括价格增加(例如，其中，第一时间段期间的电力价格低于随后的第二时间段期间的电力价格)或价格下降(例如，其中，第一时间段期间的电力价格高于随后的第二时间段期间的电力价格)。电解器单元的动态操作在已知电力需求和/或电力价格波动(即已知增加或下降)的时间段期间特别有用，例如在从夜间到中午至下午的时间段跨度期间特别有用。

电解器单元可以被设计成实现最大容量。如本文所使用的，术语“最大容量”在提及电解器单元时，是指电解器单元能够可靠实现的最大电流密度(考虑电解器单元的耗散所生成的热的能力，以避免或最小化对单元的分隔件的损坏，和/或去除单元内产生的气体，而不发生气体或电解质的段塞流或柱塞流)。在示例中，最大容量电流密度为1.5A/cm²或更大，例如1.6A/cm²或更大，1.7A/cm²或更大，1.75A/cm²或更大，1.8A/cm²或更大，1.9A/cm²或更大，2A/cm²或更大，2.1A/cm²或更大，2.2A/cm²或更大，2.25A/cm²或更大，2.3A/cm²或更多，2.4A/cm²或更多，2.5A/cm²或更多，2.6A/cm²或更大，2.7A/cm²或更大，2.75A/cm²或更大，2.8A/cm²或更大，2.9A/cm²或更大，3A/cm²或更大，3.1A/cm²或更大，3.2A/cm²或更大，3.25A/cm²或更大，3.3A/cm²或更大，3.4A/cm²或更大，或2.5A/cm²。

在示例中，“负荷减少”(即响应于高的或增加的电力需求或价格而减少电解器单元的操作电流密度的情况)包括将电解器单元的操作电流密度减少到最大容量的30％或更小，例如最大容量的29％或更小，最大容量的28％或更小，最大容量的27％或更小，最大容量的26％或更小，最大容量的25％或更小，最大容量的24％或更小，最大容量的23％或更小，最大容量的22％或更小，最大容量的21％或更小，最大容量的20％或更小，最大容量的19％或更小，最大容量的18％或更小，最大容量的17.5或更小，最大容量的17％或更小，最大容量的16％或更小，最大容量的15％或更小，最大容量的14％或更小，最大容量的13％或更小，最大容量的12.5％或更小，最大容量的12％或更小，最大容量的11％或更小，最大容量的10％或更小，最大容量的9％或更小，最大容量的8％或更小，最大容量的7.5％或更小，最大容量的7％或更小，最大容量的6％或更小，或最大容量的5％或更小。

在示例中，“负荷增加”(即，响应于低的或下降的电力需求或价格而增加电解器单元的操作电流密度的情况)包括将操作电流密度增加到最大容量的70％或更大，最大容量的75％或更大，最大容量的76％或更大，最大容量的77％或更大，最大容量的77.5％或更大，最大容量的78％或更大，最大容量的79％或更大，最大容量的80％或更大，最大容量的81％或更大，最大容量的82％或更大，最大容量的82.5％或更大，最大容量的83％或更大，最大容量的84％或更大，最大容量的85％或更大，最大容量的86％或更大，最大容量的87％或更大，最大容量的87.5％或更大，最大容量的88％或更大，最大容量的89％或更大，最大容量的90％或更大，最大容量的91％或更大，最大容量的92％或更大，最大容量的92.5％或更大，最大容量的93％或更大，最大容量的94％或更大，最大容量的95％或更大，最大容量的96％或更大，最大容量的97％或更大，最大容量的97.5％或更大，最大容量的98％或更大，最大容量的98.5％或更大，最大容量的99％或更大，最大容量的99.5％或更大，最大容量的99.9％或更大，或增加到最大容量(即增加到最大容量的100％)。

在示例中，电解器系统(即，包括工厂中的所有电解器单元)可以生成至少约1千克H₂气体每小时(kg H₂/hr)，例如至少约1.5kg H₂/hr，至少约5kg H₂/hr，至少约10kg H₂/hr，至少约25kg H₂/hr，至少约50kg H₂/hr，至少约100kg H₂/hr，至少约500kg H₂/hr，至少约1000kg H₂/hr，至少约1500kg H₂/hr，至少约2000kg H₂/hr，至少约2500kg H₂/hr，至少约3000kg H₂/hr，至少约3500kg H₂/hr，至少约4000kg H₂/hr，至少约4500kg H₂/hr，或至少约5000kg H₂/hr。在示例中，电解器系统可以生成高达约30000kg H₂/hr，例如高达约25000kgH₂/hr，高达约20000kg H₂/hr，高达15000kg H₂/hr，或高达10000kg H₂/hr。本领域技术人员可以理解，由电解器系统产生的H₂气体的实际质量将取决于许多因素，包括每个电解器单元的面积，电解器系统中的电解器单元的数目以及电解器单元被操作时的电流密度。在示例中，理论上向电解器单元提供的每安培电流可以生成的H₂气体的质量为约3.761x 10^-5kgH₂/hr。因此，电解器系统可以生成的H₂气体的理论质量等于为电解提供的总安培，而总安培又等于施加到电解器单元的电流密度乘以电解器单元的总面积(或每个电解器单元的面积乘以单元的数目乘以电流密度)。

如下文详细描述的，动态负荷增加和负荷减少的能力可以致使每千克H₂气体产生的总平均成本($/kg)低于以稳态方式操作的常规电解器单元可能的。在下面更详细描述的一些示例中，本公开内容的动态负荷增加和负荷减少可以允许产生相同量的H₂气体所需的电力成本降低从约20％至约40％或更大(例如，甚至高达50％或更大)。

图22是示出根据由德克萨斯州电力可靠性委员会(“ERCOT”)收集的数据的二十四小时时段(例如，从午夜到次日午夜)内的典型电力价格的曲线图。数据线400表示一天中的特定时间处的平均电力价格，单位为美元每兆瓦时($/MWh)。数据线402和404分别表示一天中的每个特定时间处的平均价格之上的一个标准差以及之下的一个标准差。从图22中可以看出，从小时1(即午夜)直到约小时10(即上午9点)，电力价格趋于保持相对稳定，在小时10的点处平均价格相当陡地上升到$60/MWh以上，并且变化很大。高平均价格和高变化性保持直到约小时19或小时20(如下午6-7点)，在小时19或小时20的点处平均价格开始朝着一天的开始时经历的更稳定的价格向下回落。换句话说，电力价格在夜间和清晨的小时期间，往往较低并且变化较小，并且然后在中午和下午的小时期间，往往上升且变化较大。通过负荷减少和负荷增加来动态操作电解器单元的能力可以允许操作者例如在低电力价格的时段期间(即夜间例如图22的曲线图中的从小时1至小时10以及约小时22之后期间)以高负荷(即高电流密度，例如高于指定的电流密度，例如高于1A/cm²)操作电解器单元，然后在高电力价格时段期间(即白天例如图22的曲线图中的从小时10至小时22期间)以低负荷(即低电流密度，例如低于指定的电流密度)操作电解器单元，可以允许本文所述的系统和方法对电力价格作出动态响应，并如下文所述，实现低于常规稳态操作所产生的总电力成本的总电力成本。

图23示出了涉及电力价格变化，以及与不考虑当前电力价格的在恒定或基本恒定的电流密度和H₂气体生产率下的电解器单元的常规操作相比，本文所述的系统和方法如何能够以负荷增加和负荷减少的方式动态操作，以减少H₂气体产生的总平均价格的的示例场景。数据线406对应于两整天操作过程中波动的电力价格。线408是在电力价格低于指定的较低价格阈值(例如，在图23的示例中为约$25每MWh)时的时段期间，当根据本公开内容的电解器单元正被操作为负荷增加时，电解器单元在相同的两天内的不同时间处的操作电流密度的数据序列，其中，当电力价格高于指定的较低价格阈值时，电流密度逐渐降低，并且其中，当电力价格高于指定的较高价格阈值(例如图23的示例中为约$40每MWh)时，电解器单元关闭(即在0A/cm²的电流密度下运行)。数据线410对应于电解器单元被设计为在其下操作的“标称”电流密度(例如，图23的示例中为约1A/cm²)。换句话说，数据线410表示电解器单元在其被设计用于的容量下的“常规”操作。如图23所示，如果电解器单元在标称电流密度下持续操作，则图23的数据所表示的两天内的平均电力价格将为$28每MWh。

在图23的示例中，电解器单元在电力价格低于指定较低价格阈值时(例如当图23的示例中价格为≤$25每MWh时)，在负荷增加的电流密度(例如约2A/cm²)下操作；在电力价格在指定较低价格阈值与指定较高价格阈值之间时，在可变的负荷减少的电流密度下操作(例如当图23的示例中价格在$25每MWh与$40每MWh之间时，根据电力价格，电流密度被设置在0与2A/cm²之间的某处)；并且如果价格高于指定较高价格阈值时，则电解器单元关闭(例如，在图23的示例中，当价格高于$40/MWh时，电流密度为0A/cm²)。在图23所示的示例场景中，两天内的平均电流密度为约1.6A/cm²(如数据线412所示)，其比电解器单元的常规操作期间的标称电流密度1A/cm²高出约60％(例如高于与数据线410相关联的电流密度)。此外，在两天的操作过程中消耗的平均电力成本为约$22每MWh(由数据线414表示)，其对应于在本公开内容的负荷增加和负荷减少操作期间的电力成本的约20％的降低。换句话说，在图23所示的示例场景中，不仅电力成本基本上低于电解器单元的常规操作(即约$22/MWh与约$28/MWh，或相同时间段的电力成本少20％)，而且相同的电解器单元能够实现基本上较高的平均电流密度(即平均约1.6A/cm²与1A/cm²，或高出约60％)。本领域技术人员可以理解，这意味着相同的电解器单元还能够以基本上较低的操作成本产生基本上更多的H₂气体(因为H₂气体的生产率与电流密度成正比)。

提供图23中的示例场景和阈值电力价格仅用于说明性目的，而不意图限制本公开内容的范围。本领域技术人员可以理解，电解器单元的操作电流密度和触发操作电流密度的调整的阈值电力价格可以改变，并且仍然被本公开内容涵盖。如上所述，可以结合在本公开内容的负荷增加和负荷减少的系统和方法中的电解器单元可以在宽的范围的电流密度例如从约0.15A/cm²的下限至3A/cm²或更大的上限内操作。操作电流密度的该大的动态范围可以允许操作者具有相当大的灵活性，以选择开始从负荷增加电流密度向负荷减少电流密度的转变的最小电力价格阈值，以及操作负荷减少电流密度或完全关闭电解器单元的最大电力价格阈值，并且包括设置一个或更多个中间操作电流密度的一个或更多个附加的中间价格阈值。

本领域技术人员还可以理解，每个价格阈值的特定操作电流密度可以基于特定电解器单元的各方面进行选择，所述各方面包括但不限于：特定电解器单元的最佳电流密度(例如，基于所消耗的每MW电力产生的H₂气体的质量的在产生H₂气体时最有效的电流密度，其本身可以取决于电力价格)；电解器单元可以实现的最大电流密度(例如，取决于电解器单元的去除所产生气体和/或耗散所生成的热量的能力)；或者电解器单元在各种电流密度和各种电力价格下每MWh所产生的每千克H₂气体的成本。

图24和图25示出了特定电解器单元的这些考虑的示例。图24示出了特定示例电解器单元的成本曲线(由线416表示)。成本曲线416对应于当电力价格为$26.6/MWh时，在不同操作电流密度下产生每千克H₂气体的总平准化成本。对于本示例的电解器单元，成本曲线416在电流密度为约1.12A/cm²处具有最小点418，与生产成本为所产生的每千克H₂气体约$1.91对应。图24中的成本曲线416对应于电解器单元以恒定电流密度操作的情况下的成本，而不是实践本公开内容的负荷增加和负荷减少方法的情况下的成本。换句话说，成本曲线416对应于以常规方式操作的示例电解器单元，类似于图23中的线410。然而，如果实践本公开内容的负荷增加和负荷减少的方法(例如，类似于上文关于图23所述的示例)，则相同示例电解器单元的有效最佳电流密度(数据点420处)上升至约1.66A/cm²(比常规成本曲线416上的最小点418的1.19A/cm²增加约40％)，并且每千克H₂的平均成本降低至约$1.69/kgH₂(与常规成本曲线416上的最小点418的$1.91/kg H₂相比降低约11.5％)。

图25示出了根据电力价格的特定示例电解器单元的最佳电流密度(由数据线422表示)的曲线图。如本文所使用的，术语“最佳电流密度”是指实现在特定电力价格下产生的每千克H₂的最小成本的电流密度。在示例中，每个电力价格的最佳电流密度可以以与图24中中执行的方式基本相同的方式来确定，例如，通过找到与每个电力价格相关联的成本曲线上的最小点。在图25的示例中，当价格低于约$35/MWh时(或$0.035/kWh时)时，最佳电流密度处于示例电解器单元可以操作的最大电流密度或者高于示例电解器单元可以操作的最大电流密度，使得当价格低于$35/MWh时，电解器单元可以在其约2A/cm²的最大电流密度下运行(例如，电解器单元可以以满负荷增加方式操作)。在价格为约$35/MWh时，最佳电流密度随着价格上升而开始下降，使得在示例中，当电力价格上升到$35/MWh以上时，电解器单元的操作电流密度可以逐渐下降。换句话说，在图25的示例中，$35/MWh是与负荷增加和负荷减少之间的转变的开始对应的指定的较低价格阈值(如上文关于图23所述)。如图25所示，当电力价格到达约$50/MWh时，示例电解器单元的最佳电流密度到达零(0)(忽略其他考虑，例如停机和开机的劳动成本、工厂设备磨损等)。因此，当价格高于$50/MWh时，可以关闭示例电解器单元。换句话说，在图25的示例中，$50/MWh是指定较高价格阈值(如上文关于图23所述)。本领域技术人员可以理解，指定较高价格阈值的确切价格点可以与最佳电流密度到达零的实际价格点不同，并且变化量可以取决于一个或更多个因素，包括但不限于示例电解器单元和其他支持设备的资本支出(例如，CapEx)、工厂中的电解器单元的总尺寸(例如单元堆的尺寸)、所产生的H₂气体可以销售的当前价格、以及其他操作支出(例如工厂运行或者关闭和启动工厂的劳动成本或水的价格，或者用于电解器单元和支持设备的常规维护的成本)。事实上，沿着最佳电流密度曲线422的任何点处的“最佳”电流密度可以基于一个或更多个这些相同因素而从理论上或计算出的最佳电流密度变化。

以上详细描述包括对附图的参照，附图形成了详细描述的一部分。通过说明的方式，附图示出了可以实践本发明的具体实施方式。这些实施方式在本文中也被称为“示例”。这样的示例可以包括除了示出的或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还预期了其中仅提供了示出的或描述的元件的示例。此外，本发明人还预期了使用关于特定示例(或者特定示例的一个或更多个方面)或关于在本文中示出或描述的其他示例(或者其他示例的一个或更多个方面)示出或描述的这些元件(或者这些元件的一个或更多个方面)的任何组合或置换的示例。

在本文献与通过引用并入的任何文献之间的用法不一致的情况下，以本文献中的用法为准。

在本文献中，如在专利文献中常见的那样，不管“至少一个”或“一个或更多个”的任何其他实例或用法，使用术语“一”或“一个”来包括一个或多于一个。在本文献中，除非以其他方式指示，否则术语“或”被用来指代非排他性的或，使得“A或B”包括“A而非B”、“B而非A”以及“A和B”。在本文献中，术语“包括”和“在……中”用作相应术语“包括”和“其中”的简明语言等同词。另外，在所附权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，也就是说，包括除了在权利要求中的这一术语之后列出的那些元件之外的元件的系统、装置、制品、组合物、制剂或过程仍被视为落入该权利要求的范围内。此外，在所附权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并非意在对其对象施加数字要求。

本文中描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括利用能够操作以配置电子装置来执行如以上示例中描述的方法的指令编码的计算机可读介质或机器可读介质。这样的方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级别的语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的部分。另外，在示例中，例如在执行期间或在其他时间，可以将代码有形地存储在一个或更多个易失性、非暂态或非易失性有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，高密度磁盘和数字视频盘)、磁带盒、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。

以上描述意在是说明性的而非限制性的。例如，以上描述的示例(或示例的一个或更多个方面)可以彼此结合使用。例如本领域普通技术人员在查阅以上描述后可以使用其他实施方式。提供说明书摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，以允许读者能够快速地确定技术公开内容的实质。提交了摘要并理解：摘要将不会被用来解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在上面的详细描述中，各种特征可以被结合在一起以组织本公开内容。这不应当被解释成意为：对于任何权利要求而言，未要求保护的公开特征均是必要的。而是，发明主题可能在于少于特定公开的实施方式的所有特征。因此，所附权利要求由此作为示例或实施方式并入到具体实施方式中，其中，每项权利要求独立作为单独的实施方式，并且预期这样的实施方式可以以各种结合或置换的方式相互结合。本发明的范围应该参照所附权利要求以及这样的权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims

1.一种电解器系统，包括：

一个或更多个电解器单元，每个电解器单元包括具有第一电极的第一半单元和具有第二电极的第二半单元；以及

控制器，其控制施加通过所述一个或更多个电解器单元的电流；

其中，所述控制器被配置成在从约150mA/cm²至约3000mA/cm²的电流密度范围内动态设置所述电流密度，并且

其中，所述控制器被配置成在第一条件被满足时将所述电流密度设置为第一值，并且在第二条件被满足时将所述电流密度设置为第二值。

2.根据权利要求1所述的电解器系统，其中，所述第一值处于所述电解器单元的最大容量电流密度的第一百分比或低于所述第一百分比，并且所述第二值处于所述电解器单元的所述最大容量电流密度的第二百分比或高于所述第二百分比。

3.根据权利要求2所述的电解器系统，其中，所述第一百分比是所述最大容量电流密度的20％或更小。

4.根据权利要求2所述的电解器系统，其中，所述第二百分比是所述最大容量电流密度的80％或更大。

5.根据权利要求1所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、所述盘内部的一个或更多个肋部、以及耦接至所述一个或更多个肋部的挡板，其中，所述挡板分隔所述盘中的体积，以便在所述盘的靠近所述第一电极的第一侧上提供上升区域，并且在所述挡板的与所述第一侧相对的第二侧上提供下降区域。

6.根据权利要求5所述的电解器系统，其中，所述上升区域便利于在所述第一电极处形成的气体上升并且避免气袋的形成，并且其中，所述下降区域便利于电解质溶液的向下流动，其中，所述气体的上升和所述电解质溶液的向下流动引起所述盘中的循环，所述循环便利于所述电解质中的热平衡和减少的温度变化。

7.根据权利要求1所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、定位在所述盘内部的歧管、以及离开所述歧管以供电解质离开所述盘的出口管，其中，所述歧管的截面面积被配置成使得通过所述歧管的电解质流量和气体流量足够低以避免段塞流或柱塞流。

8.根据权利要求1所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、垂直定位在所述盘内部的一个或更多个肋部、以及将所述第一电极焊接至所述一个或更多个肋部的多个焊接部，其中，所述多个焊接部形成用于在所述电化学单元的操作期间将电流分布于所述电极上的、跨所述电极的焊接部分布式阵列。

9.根据权利要求9所述的电解器系统，其中，每个电解器单元还包括所述第一半单元与所述第二半单元之间的分隔件，其中，所述多个焊接部的数目、尺寸和位置使得功率耗散对所述分隔件的温度的影响降低，以减少由于高局部温度而引起的损坏。

10.一种电解器系统，包括：

多个电解器单元，其中，每个电解器单元包括：

具有第一电极的第一半单元

具有第二电极的第二半单元；以及

将所述第一半单元与所述第二半单元分隔的分隔件；

电源，其被配置成施加通过所述多个电解器单元中的每个电解器单元的电流，使得通过多个电解器单元中的每个电解器单元的电流密度在从约150mA/cm²至约3000mA/cm²的电流密度范围内；

控制器，其将所述多个电解器单元中的每个电解器单元的电流密度动态控制在750mA/cm²或更小的第一电流密度范围与1mA/cm²或更大的第二电流密度范围之间。

11.根据权利要求10所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、所述盘内部的一个或更多个肋部、以及耦接至所述一个或更多个肋部的挡板，其中，所述挡板分隔所述盘中的体积，以便在所述盘的靠近所述第一电极的第一侧上提供上升区域，并且在所述挡板的与所述第一侧相对的第二侧上提供下降区域。

12.根据权利要求10所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、定位在所述盘内部的歧管、以及离开所述歧管以供电解质离开所述盘的出口管，其中，所述歧管的截面面积被配置成使得通过所述歧管的电解质流量和气体流量足够低以避免段塞流或柱塞流。

13.根据权利要求10所述的电解器系统，其中，所述第一半单元包括：盘、垂直定位在所述盘内部的一个或更多个肋部、以及将所述第一电极焊接至所述一个或更多个肋部的多个焊接部，其中，所述多个焊接部形成用于在所述电化学单元的操作期间将电流分布于所述电极上的、跨所述电极的焊接部分布式阵列。

14.根据权利要求13所述的电解器系统，其中，每个电解器单元还包括所述第一半单元与所述第二半单元之间的分隔件，其中，所述多个焊接部的数目、尺寸和位置使得功率耗散对所述分隔件的温度的影响降低，以减少由于高局部温度而引起的损坏。

15.一种用于执行电解的方法，包括：

在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的范围内动态改变与电解器的操作相关联的电流密度；

其中，与所述电解器的操作相关联的所述电流密度的改变是响应于所述电解器所位于的区域内的电力需求的改变的；并且

其中，所述电流密度的改变包括：当所述电解器所位于的所述区域内的所述电力需求增加时，在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的所述范围内降低所述电流密度；并且当所述电解器所位于的所述区域内的所述电力需求减少时，在约0.15A/cm²与3.0A/cm²的值的所述范围内升高所述电流密度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述需求的改变发生在所述需求正波动的时间段内。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述需求波动包括所述时间段内需求的增加和减少。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述时间段内的平均需求与另一时间段相比是升高的。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述时间段内的平均需求与另一时间段相比是减少的。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述时间段是需求通常增加或减少的时间段。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述时间段在一天中的特定小时之间。

22.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电解器包括至少两个单独的电解器单元。

23.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电解器具有至少约2.5m³的总尺寸。

24.根据权利要求15所述的方法，其中，当所述电解器所位于的所述区域内的所述电力需求增加时，除非所述电流密度被降低，否则所述电解器的操作支出增加。

25.一种用于执行电解的方法，包括：

(a)当电解器所位于的区域中的电力需求增加时，将与所述电解器的操作相关联的电流密度减少至所述电解器的电流密度的最大容量的25％或更小；以及

(b)当电解器所位于的区域中的电力需求减少时，将与所述电解器的操作相关联的所述电流密度增加到所述电解器的电流密度的最大容量的75％或更大。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，在需求正波动的时间段期间，所述电力需求增加或者所述电力需求减少。

27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述需求波动包括所述时间段内需求的增加和减少。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述时间段内的平均需求与另一时间段相比是升高的。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述时间段内的平均需求与另一时间段相比是减少的。

30.根据权利要求27所述的方法，其中，所述时间段是需求通常增加或减少的时间段。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述时间段在一天中的特定小时之间。

32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述电解器包括至少两个单独的单元。

33.根据权利要求25所述的方法，其中，所述电解器具有至少2.5m³的总尺寸。

34.根据权利要求25所述的方法，其中，当所述电解器所位于的所述区域内的所述电力需求增加时，除非所述电流密度被降低，否则所述电解器的操作支出增加。