CN216427429U - 一种水电解槽用双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水电解槽用注塑成型非金属边框双极板，属于水电解技术领域。所述注塑成型非金属边框双极板包括金属隔板、非金属边框和橡胶密封圈；其中非金属边框注塑成型并与金属隔板融合为一体，密封圈硫化成型于非金属边框的沟槽内。所述非金属边框和金属隔板一体成型可以保证双极板尺寸，简化结构；非金属边框避免水通道和氢气通道的电化学腐蚀，减少金属离子进入水中引起电解液污染。所述的密封圈与非金属边框硫化为一体，避免电解槽装配时密封圈错位。所述的非金属边框双极板特别适合用在对水质要求高的PEM水电解场合。

Description

一种水电解槽用双极板

技术领域

本实用新型属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种水电解槽用金属边框双极板。

背景技术

随着全社会对环境保护越来越重视，对于氢能的使用也逐渐受到关注。水电解制氢技术因为可以安全高效的获得氢气而备受青睐。水电解制氢的设备是电解槽，可以通过电能将水电解成氢气和氧气。氢气和氧气分别位于双极板两侧。双极板作为电解槽的核心部件之一，直接影响到整个电解槽的性能。

现有水电解槽技术的双极板分为两大类，一种是整体金属板，金属使用量大，加工复杂，重量大，造价高。电解液与金属板通道直接接触，不可避免的是金属离子进入电解液中。第二种是金属板和外侧粘贴非金属边框，此种双极板用于电解槽时无法承受高压，且胶水内含有有机物被水溶解影响膜电极性能。

现有双极板密封圈均放置在沟槽内，不能与金属双极板紧密结合，容易在装配电解槽时脱落和错位。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决现有技术使用全金属双极板的缺点，提供了一种水电解槽用注塑成型非金属边框双极板，该双极板重量轻，加工成型简单，精度高。非金属边框有效的减少了金属区域与电解液的接触面积，降低了进入电解液的金属离子数量，从而减少了电解液的更换次数，避免了公共孔道因为电势差引起的水电解而造成的氢中氧和氧中氢浓度的升高。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种水电解槽用双极板，所述双极板包括金属隔板、非金属边框和密封圈；所述金属隔板的两侧分别为氧/水侧和氢侧，金属隔板的两侧外周均布置有多个同心突起的圆环，此结构可以保证非金属边框受内压时不会和金属隔板脱离；

所述非金属边框包覆金属隔板的两侧凸起的圆环，非金属边框两侧外周布置有流体通道、密封沟槽；所述密封沟槽内均布伞状结构；此结构可以保证密封圈在外力作用下不会和非金属边框脱离；所述伞状结构与嵌入沟槽内的密封圈相适配；

所述非金属边框于金属隔板上一体注塑成型，所述密封圈于非金属边框沟槽内二次注塑成型，所述非金属边框和密封圈一体硫化成型。

进一步的，上述技术方案中，氧/水侧为沟槽结构，氢侧为平板，与非金属边框配合，作为产生氢气的场所。

进一步的，上述技术方案中，非金属边框包覆区域外布置氧/水口和氢口。

进一步的，上述技术方案中，所述流体通道包括一个水入口，一个氧/水出口和两个氢出口。

进一步地，上述技术方案中，密封圈为硫化成型工艺，布置于非金属边框沟槽内，包覆沟槽内的伞装结构。

进一步地，上述技术方案中，非金属边框的材质可以为易于注塑的塑料；所述塑料为的材质为PP(聚丙烯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)。

有益效果

1、本实用新型水电解槽用注塑成型非金属边框双极板因为孔道周围是非金属材料，避免了全金属双极板将金属离子带入电解液中，也杜绝了金属孔道电解的可能性。注塑成型时金属材料和非金属材料结合紧密，避免非金属框粘接时不能耐高压的情况。

2、密封圈于非金属边框沟槽内二次注塑成型，通过伞状结构使密封圈与双极板紧密结合，避免现有技术存在的密封圈不能与金属双极板紧密结合，容易在装配电解槽时脱落和错位从而导致密封失效的问题。分隔板上的同心圆环可以保证与注塑成型非金属边框紧密贴合，从而使得电解槽内部高压时非金属边框不泄露。这两点设计，保证了组成的电解槽在高压时无泄漏，从而提高系统储氢压力，方便氢气存储，起到节能作用。

3、本实用新型水电解槽用注塑成型非金属边框双极板可以减少使用全金属双极板给电解槽带来有害的金属离子，减少了电解液的更换次数，延长了膜电极的使用寿命；非金属边框的使用减少了金属的使用量，降低了加工难度，降低了成本。非金属边框可以保证表面粗糙度，有益于密封效果。

4、多个双极板在组成电解槽时，双极板上的氧/水口和氢口组成了公共孔道，电解反应时，金属双极板由于电势差的存在也会发生电解反应，而本实用新型由于非金属公共孔道的绝缘性，可以避免此现象的发生；非金属边框双极板的带电区域仅在中心的金属隔板上，从而保证了带电的位置不会外露，增强了安全性。

附图说明

图1为本实用新型水电解槽用注塑成型非金属边框双极板组成的爆炸图。

图2为本实用新型水电解槽用注塑成型非金属边框双极板的氧/水通道处截面示意图。

图3为本实用新型水电解槽用注塑成型非金属边框双极板的氢通道处截面示意图。

图4为金属隔板流道和圆环结构截面示意图。

图5为非金属边框伞状结构和密封圈截面示意图。

其中，1.金属隔板、11.沟槽结构、12.圆环；2.非金属边框、21.伞状结构；3.密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

一种水电解槽用注塑成型非金属边框双极板，所述非金属边框双极板包括金属隔板1、非金属边框2和密封圈3；其中非金属边框2于金属隔板1上一体注塑成型，密封圈3于非金属边框2沟槽内二次注塑成型，非金属边框2和密封圈3一体硫化成型。金属隔板1分氧/水侧和氢侧，氧/水面为沟槽结构11，为电解液提供流通通道。氢侧为平板，与非金属边框2配合，作为产生氢气的场所。氧/水侧和氢侧的外侧布置有多个同心突起的圆环12，此结构可以保证非金属边框2受内压式不会和金属隔板1脱离。非金属边框2为注塑成型结构，包覆金属隔板1的外侧凸起的圆环12。非金属边框2包覆区域外布置氧/水口和氢口。非金属边框2外侧的两面有密封沟槽，沟槽内均布伞状结构21，此结构可以保证密封圈3在外力作用下不会和非金属边框2脱离。密封圈3为硫化成型工艺，布置于非金属边框2沟槽内，包覆沟槽内的伞装结构21。

非金属边框2的材质为易于注塑的塑料。

实施例2

本实用新型所述注塑成型非金属边框双极板，在氢侧板布置流场板，在氧/水侧布置透水板，三者共同组成双极板组成，与膜电极一起多组交替布置组成多对电解小室。电解小室组的最上方和最下方依次布置集流板、绝缘板、端板组成产氢量25Nm³/h电解槽。将电堆置于测试系统中，测试系统为塑料管道搭建，以防止其他部件进入离子混到电解液中。工作200小时后，测量水中金属离子浓度没有增加，电导率为1μS/cm。测量产生的氢气和氧气纯度分别为99.99％和99.9％；高于对比例1的金属双极板。电解槽工作压力提高到4MPa时，工作正常，无外漏现象。

对比例1

将实施例2中的双极板替换为整体金属双极板，整体双极板的结构是将非金属边框2替换为金属，结构上与金属隔板整体加工成型。这样整体金属双极板因为孔道是金属材与水直接接触。组装成与实施例2相同节数和结构的电解槽，且与实施例2相同条件下进行测试，工作200小时后，测量水中金属离子浓度增加，电导率为10μS/cm；测量产生的氢气和氧气纯度分别为99.9％和99％。

对比例2

将实施例2中的双极板替换为外侧粘贴非金属边框的金属板，粘贴非金属边框的金属板双极板结构：将本实用新型图2中金属隔板2向两侧延伸，此时非金属边框2将被分割成两片，这两片分别粘接在新金属隔板两侧。组装成与实施例2相同节数和结构的电解槽，且与实施例2相同条件下进行测试，电解槽工作压力提高到2MPa时，出现外漏现象。

上述实施例只是用于对本实用新型的举例和说明，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种水电解槽用双极板，其特征在于，所述双极板包括金属隔板(1)、非金属边框(2)和密封圈(3)；

所述金属隔板(1)的两侧分别为氧/水侧和氢侧；金属隔板(1)的两侧外周均布置有多个同心突起的圆环(12)；

所述非金属边框(2)包覆金属隔板(1)的两侧凸起的圆环(12)，非金属边框(2)两侧外周布置有流体通道、密封沟槽；所述密封沟槽内均布伞状结构(21)；所述伞状结构(21)与嵌入沟槽内的密封圈(3)相适配；

所述非金属边框(2)于金属隔板(1)上一体注塑成型，所述密封圈(3)于非金属边框(2)沟槽内二次注塑成型，所述非金属边框(2)和密封圈(3)一体硫化成型。

2.根据权利要求1所述的一种水电解槽用双极板，其特征在于，所述氧/水侧为沟槽结构(11)，氢侧为平板。

3.根据权利要求1所述的一种水电解槽用双极板，其特征在于，所述流体通道包括一个水入口，一个氧/水出口和两个氢出口。

4.根据权利要求1所述的一种水电解槽用双极板，其特征在于，所述非金属边框(2)的材质为PP或ABS。

Images