CN216237294U - 一种电解槽和电解制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解槽和电解制氢系统。电解槽适于应用于电解水制氢，包括：多孔阴极、多孔阳极和隔膜；隔膜夹设于多孔阴极和多孔阳极之间；电解槽还包括：第一极板和第二极板；第一极板与多孔阴极构成阴极流道，第二极板与多孔阳极构成阳极流道；阴极流道和阳极流道适于电解液流通；第一极板和第二极板为连续凹凸结构的极板，其中第一极板的凹部与第二极板的凹部相对，第一极板的凸部与第二极板的凸部相对；第一极板与多孔阴极之间设置有第一弹性缓冲件，第一弹性缓冲件一侧接触第一极板的凸部，另一侧接触多孔阴极；第二极板与多孔阳极之间设置有第二弹性缓冲件，第二弹性缓冲件一侧接触第二极板的凸部，另一侧接触多孔阳极。

Description

一种电解槽和电解制氢系统

技术领域

本实用新型涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种电解槽和电解制氢系统。

背景技术

氢能作为二次能源，具有来源多样、终端零排、用途广泛等多重优势，在保障国家能源安全和推进能源产业升级等方面具有重要意义。随着技术日趋成熟、成本大幅下降，氢能正迎来快速发展的战略机遇期。在成熟的电解水制氢技术中，碱性电解水制氢技术相对比较成熟，工艺比较简单，成本比较低廉。

通常的电解水制氢的电解槽如图1所示，包括：多孔阴极3’、多孔阳极2’和隔膜1’。隔膜1’夹设于多孔阴极3’和多孔阳极2’之间。电解槽还包括：第一极板5’和第二极板4’。第一极板5’与多孔阴极3’构成阴极流道7’，第二极板4’与多孔阳极2’构成阳极流道6’。阴极流道7’和阳极流道6’适于电解液流通。第一极板5’和第二极板4’为连续凹凸结构的极板，其中第一极板5’的凹部与第二极板4’的凹部相对，第一极板5’的凸部与第二极板4’的凸部相对。且第一极板5’的凸部与多孔阴极3’之间留有缝隙，适于电解液通过，同时也适于紧密接触；第二极板4’的凸部与多孔阳极2’之间留有缝隙，适于电解液通过，同时也适于紧密接触。通过极板与电极的紧密接触，可以使得电极紧贴在隔膜上，以降低欧姆极化，进而降低小室电压，提高电解效率。但是在实际生产过程中，在电解槽工作和停机的两种状态之间，电极和极板均存在一定程度的热胀冷缩，会对夹设于电极之间的隔膜1所受的应力造成变化，由于应力的变化，会对隔膜的使用寿命造成降低。此外，极板的凸部紧贴电极，这部分与极板接触的电极和隔膜的距离较小，使得局部电流较大；同时极板的凹部处对应的电极和隔膜的距离较大，使得局部电流较小。因此电流密度分布不均匀。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种电解槽和电解制氢系统以提高隔膜寿命和提升电流密度分布的均匀性。

本实用新型提供一种电解槽，适于应用于电解水制氢，包括：多孔阴极、多孔阳极和隔膜；隔膜夹设于多孔阴极和多孔阳极之间；电解槽还包括：第一极板和第二极板；第一极板与多孔阴极构成阴极流道，第二极板与多孔阳极构成阳极流道；阴极流道和阳极流道适于电解液流通；第一极板和第二极板为连续凹凸结构的极板，其中第一极板的凹部与第二极板的凹部相对，第一极板的凸部与第二极板的凸部相对；第一极板与多孔阴极之间设置有第一弹性缓冲件，第一弹性缓冲件一侧接触多孔阴极，另一侧适于接触第一极板的凸部；第二极板与多孔阳极之间设置有第二弹性缓冲件，第二弹性缓冲件一侧接触多孔阳极，另一侧适于接触第二极板的凸部。

可选的，第一弹性缓冲件位于多孔阴极和第一极板的凸部之间；第二弹性缓冲件位于多孔阳极和第二极板的凸部之间。

可选的，第一弹性缓冲件遍及多孔阴极朝向第一极板一侧的表面；第二弹性缓冲件遍及多孔阳极朝向第二极板一侧的表面。

可选的，第一弹性缓冲件和第二弹性缓冲件均为弹性线圈或弹性网状结构。

可选的，第一弹性缓冲件和第二弹性缓冲件的材料均为金属材料或导电非金属材料。

可选的，金属材料包括镍或不锈钢。

可选的，多孔阴极与第一极板之间的间距为2mm～6mm；多孔阳极与第二极板之间的间距为2mm～6mm。

可选的，第一弹性缓冲件在垂直于所述多孔阴极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm；第二弹性缓冲件在垂直于所述多孔阳极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm。

可选的，电解槽为零极距电解槽。

本实用新型还提供一种电解制氢系统，适于电解水产生氢气，包括本实用新型提供的电解槽。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的电解槽，通过阴极和第一极板之间的第一弹性缓冲件的设置，以及阳极和第二极板之间的第二弹性缓冲件的设置，一方面，在电解槽工作-停机的热胀冷缩过程中，弹性网的存在降低隔膜和电极的应力变化；另一方面，可以使得电极和隔膜之间接触均匀，进而使电流密度分布更加均匀。

本实用新型提供的电解制氢系统，使用本实用新型提供的电解槽，隔膜寿命较长，系统总体的寿命可以得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种应用于电解水制氢的电解槽的结构示意图；

图2为本实用新型的一实施例的电解制槽的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

参考图2，本实施例提供一种电解槽，适于应用于电解水制氢，包括：多孔阴极3、多孔阳极2和隔膜1。例如，在本实施例中，该电解槽为一种零极距电解槽。

隔膜1夹设于多孔阴极3和多孔阳极2之间。

电解槽还包括：第一极板5和第二极板4。

第一极板5与多孔阴极3构成阴极流道7，第二极板4与多孔阳极2构成阳极流道6。阴极流道7和阳极流道6适于电解液流通。第一极板5和第二极板4为连续凹凸结构的极板，其中第一极板5的凹部与第二极板4的凹部相对，第一极板5的凸部与第二极板4的凸部相对。

第一极板5与多孔阴极3之间设置有第一弹性缓冲件9，第一弹性缓冲件9一侧接触多孔阴极3，另一侧适于接触第一极板5的凸部。

第二极板4与多孔阳极2之间设置有第二弹性缓冲件8，第二弹性缓冲件8一侧接触多孔阳极2，另一侧适于接触第二极板4的凸部。

其中，第一弹性缓冲件9位于多孔阴极3和第一极板5的凸部之间。第二弹性缓冲件8位于多孔阳极2和第二极板4的凸部之间。

进一步的，第一弹性缓冲件9遍及多孔阴极3朝向第一极板5一侧的表面。第二弹性缓冲件8遍及多孔阳极2朝向第二极板4一侧的表面。

在其他一些实施例中，第一弹性缓冲件可仅位于多孔阴极和第一极板的凸部之间，同时第二弹性缓冲件可仅位于多孔阳极和第二极板的凸部之间。

本实施例的电解槽，通过多孔阴极3和第一极板5之间的第一弹性缓冲件9的设置，以及多孔阳极2和第二极板4之间的第二弹性缓冲件8的设置，在电解槽工作-停机的热胀冷缩过程中，弹性网的存在可降低隔膜1和电极的应力变化。具体的，由于热胀冷缩的效果，第一极板5会发生一定程度的膨胀，使得凸部向多孔阴极3靠近，甚至抵接。由于第一弹性缓冲件9的设置，使得第一弹性缓冲件9能够部分的吸收来自第一极板5的凸部的应力，可以一定程度降低多孔阴极3受到的应力。从而使得在整个热胀冷缩过程中，多孔阴极3受到来自第一极板5的形变应力有所减少，进而隔膜1在过程中受到的应力变小，从而可以降低隔膜1的损耗，提升隔膜1的寿命。另外，由于第一弹性缓冲件9的设置，使得多孔阴极3上对应第一基板5的凸部处和对应凹部处的受力情况被第一弹性缓冲件9缓解，从而使得整个多孔阴极3上的受力分布相对均匀，受力情况差距不会很大，进而使得多孔阴极3和隔膜1之间接触均匀，使电流密度分布更加均匀。同样的，对于阳极侧的多孔阳极2、第二极板4和第二弹性缓冲件8的作用原理与此基本相同，在此不予赘述。

具体的，第一弹性缓冲件9和第二弹性缓冲件8均为弹性线圈或弹性网状结构。

第一弹性缓冲件9和第二弹性缓冲件8的材料均为金属材料或导电非金属材料。金属材料包括镍或不锈钢。弹性缓冲件的材料选择为金属，特别是镍，一方面提供足够的刚度使极板挤压电极令电极和隔膜1紧密贴合，另一方面作为金属导体适于导电，相当于加大了电极与电解液的接触面积，提高了电解效率。

在本实用新型的一些实施例中，多孔阴极3与第一极板5之间的间距为2mm～6mm。多孔阳极2与第二极板4之间的间距为2mm～6mm。间距若小于2mm，则允许弹性缓冲件设置的空间过小，难以实现弹性缓冲的效果；若间距大于6mm，则会降低极板对电极的挤压力，使得电极与隔板间间距过松。间距在2mm～6mm的范围内，可在合适的弹性空间和合适的挤压效果之间取得平衡。

在本实用新型的一些实施例中，第一弹性缓冲件9在垂直于所述多孔阴极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm；第二弹性缓冲件8在垂直于所述多孔阳极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm。该厚度若小于0.3mm，则弹性缓冲的空间过小，难以实现弹性缓冲的效果；该厚度若大于1mm，则会降低极板对电极的挤压力，使得电极与隔板间间距过松。弹性系数在0.3mm-1mm的范围内，可在有效实现缓冲效果和合适的挤压效果之间取得平衡。

实施例2

本实用新型还提供一种电解制氢系统，适于电解水产生氢气，包括上述实施例1中提供的电解槽。

本实施例提供的电解制氢系统，使用上述实施例1中提供的电解槽，隔膜寿命较长，系统总体的寿命可以得到提高。

本实用新型所公开的技术方案已通过实施例说明如上。相信本领域技术人员可通过上述实施例的说明了解本实用新型。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电解槽，适于应用于电解水制氢，其特征在于，包括：

多孔阴极、多孔阳极和隔膜；

所述隔膜夹设于所述多孔阴极和所述多孔阳极之间；

所述电解槽还包括：第一极板和第二极板；所述第一极板与所述多孔阴极构成阴极流道，所述第二极板与所述多孔阳极构成阳极流道；所述阴极流道和所述阳极流道适于电解液流通；

所述第一极板和所述第二极板为连续凹凸结构的极板，其中所述第一极板的凹部与所述第二极板的凹部相对，所述第一极板的凸部与所述第二极板的凸部相对；

所述第一极板与所述多孔阴极之间设置有第一弹性缓冲件，所述第一弹性缓冲件一侧接触所述多孔阴极，另一侧适于接触所述第一极板的凸部；

所述第二极板与所述多孔阳极之间设置有第二弹性缓冲件，所述第二弹性缓冲件一侧接触所述多孔阳极，另一侧适于接触所述第二极板的凸部。

2.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述第一弹性缓冲件位于所述多孔阴极和所述第一极板的凸部之间；

所述第二弹性缓冲件位于所述多孔阳极和所述第二极板的凸部之间。

3.根据权利要求2所述的电解槽，其特征在于，

所述第一弹性缓冲件遍及所述多孔阴极朝向所述第一极板一侧的表面；

所述第二弹性缓冲件遍及所述多孔阳极朝向所述第二极板一侧的表面。

4.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述第一弹性缓冲件和所述第二弹性缓冲件均为弹性线圈或弹性网状结构。

5.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述第一弹性缓冲件和所述第二弹性缓冲件的材料均为金属材料或导电非金属材料。

6.根据权利要求5所述的电解槽，其特征在于，

所述金属材料包括镍或不锈钢。

7.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述多孔阴极与所述第一极板之间的间距为2mm～6mm；

所述多孔阳极与所述第二极板之间的间距为2mm～6mm。

8.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述第一弹性缓冲件在垂直于所述多孔阴极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm；

所述第二弹性缓冲件在垂直于所述多孔阳极延伸方向的方向上厚度为0.3mm-1mm。

9.根据权利要求1所述的电解槽，其特征在于，

所述电解槽为零极距电解槽。

10.一种电解制氢系统，适于电解水产生氢气，其特征在于，

包括如权利要求1-9中任一项所述的电解槽。

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