CN216585255U - Pem电解水用双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PEM电解水用双极板,包括设置在膜电极两相对外侧的阴极板和阳极板，液体流动通道包括贯穿设置在阳极板上的进液通道和出液通道，进液分流结构设置在阳极板上，与进液通道相连接，用于将液体分散输送至膜电极；出液集流结构设置在阳极板上，与出液通道相连接，用于汇流液体并从出液通道输出；气体流通通道设置在阴极板上；气体集流结构设置在阴极板上，气体集流结构包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个气体初始集流流道与分散集流流道均相连通，气体分散集流流道与气体流通通道相连接。本实用新型提供的PEM电解水用双极板，通过双极板使得流体分流和汇集均匀，降低流体阻力，提升生产效率。

Description

PEM电解水用双极板

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别是涉及一种PEM电解水用双极板。

背景技术

氢气来源广泛，热值高，清洁无碳，可储能、发电、发热，灵活高效，应用场景丰富。水电解制氢被认为是未来制氢的发展方向，特别是利用可再生能源电解水制氢。

PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。PEM水电解制氢主要部件包括膜电极和双极板，膜电极一般多采用PE膜或离子交换膜材料作为隔膜材料，采用导电耐腐蚀性的材料为双极板，现有的双极板上均没有对液体或气体进行导流分配或汇流的结构，从而使得流体分配不均匀，导致流体阻力过大，限制了大面积电极材料的使用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种PEM电解水用双极板，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种PEM电解水用双极板,包括设置在膜电极两相对外侧的阴极板和阳极板，还包括：

液体流通通道，所述液体流动通道包括贯穿设置在所述阳极板上的进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道均至少有一个；

进液分流结构，其设置在所述阳极板上，与所述进液通道相连接，用于将液体分散输送至膜电极；

出液集流结构，其设置在所述阳极板上，与所述出液通道相连接，用于汇流液体并从所述出液通道输出；

气体流通通道，其设置在所述阴极板上；

气体集流结构，其设置在所述阴极板上，所述气体集流结构包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个所述气体初始集流流道与所述分散集流流道均相连通，所述气体分散集流流道与所述气体流通通道相连接。

上述的PEM电解水用双极板，所述进液分流结构包括流入分散流道和流入分配流道，所述流入分散流道与所述进液通道相连接，所述流入分配流道有多个，多个所述流入分配流道均与所述流入分散流道相连通。

上述的PEM电解水用双极板，所述出液集流结构包括液体分散集流流道和多个液体初始集流流道，多个所述液体初始集流流道均与所述液体分散集流流道相连通，所述液体分散集流流道与所述出液通道相连接。

上述的PEM电解水用双极板，所述流入分配流道和所述液体初始集流流道均包括设置在所述阳极板上的多个环形导流槽，多个所述环形导流槽以所述阳极板的中心为圆心依次向外逐渐设置。

上述的PEM电解水用双极板，所述流入分散流道包括环绕在所述流入分配流道外侧的第一弧形流道，所述第一弧形流道与各所述流入分配流道均相连通。

上述的PEM电解水用双极板，所述液体分散集流流道包括环绕在所述液体初始集流流道外侧的第二弧形流道，所述第二弧形流道与各所述液体初始集流流道均相连通。

上述的PEM电解水用双极板，所述进液通道和所述出液通道设置在所述阳极板的相对两侧，所述进液通道和出液通道均有多个，多个所述进液通道和所述出液通道依次间隔设置。

上述的PEM电解水用双极板，所述气体初始集流流道包括多个凸起导流结构，多个所述凸起导流结构沿所述阴极板间隔设置，多个所述凸起导流结构之间设置有多个气体导流通道。

上述的PEM电解水用双极板，所述气体分散集流流道包括沿所述阴极板周向设置的周向导流流道，各所述气体导流通道均与所述周向导流流道。

上述的PEM电解水用双极板，所述气体流通通道有多个，多个所述气体流通通道沿所述阴极板的周向间隔设置，各所述气体流通通道均与所述气体分散集流流道相连通。

在上述技术方案中，本实用新型提供一种PEM电解水用双极板，具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的PEM电解水用双极板，在阳极板上设置有液体流动通道、进液分流结构和出液集流结构，液体流动通道包括进液通道和出液通道，进液通道与进液分流结构相互配合能够实现进液的均匀分流，通过出液集流结构和出液通道能够汇集液体并从出液通道输出，使得流体分流和汇集均匀，降低流体阻力，提升生产效率。

本实用新型实施例提供的PEM电解水用双极板，在阴极板上设置有气体流动通道和气体集流结构，气体集流结构包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个气体初始集流流道与分散集流流道均相连通，气体分散集流流道与气体流通通道相连接，如此通过多个气体初始集流流道和分散集流流道可将氢气进行汇集，然后从气体流动通道输出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的PEM电解水用双极板的安装示意图；

图2为本实用新型实施例提供的阳极板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的阴极板的结构示意图之一；

图4为本实用新型实施例提供的阴极板的结构示意图之二。

附图标记说明：

1、膜电极；

2、阳极板；

2.1、进液通道；2.2、出液通道；2.3、环形导流槽；

3、进液分流结构；

3.1、流入分散流道；3.2、流入分配流道；3.3、第一弧形流道；

4、出液集流结构；

4.1、液体分散集流流道；4.2、液体初始集流流道；4.3、第二弧形流道；

5、阴极板；

5.1、气体流通通道；5.2、气体集流结构；5.3、凸起导流结构；5.4、气体导流通道。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

如图1-4所示，本实用新型实施例提供一种PEM电解水用双极板,包括设置在膜电极1两相对外侧的阴极板5和阳极板2，还包括液体流通通道、进液分流结构3、出液集流结构4、气体流通通道5.1和气体集流结构5.2，液体流动通道包括贯穿设置在阳极板2上的进液通道2.1和出液通道2.2，进液通道2.1和出液通道2.2均至少有一个；进液分流结构3设置在阳极板2上，与进液通道2.1相连接，用于将液体分散输送至膜电极1；出液集流结构4设置在阳极板2上，与出液通道2.2相连接，用于汇流液体并从出液通道2.2输出；气体流通通道5.1设置在阴极板5上；气体集流结构5.2设置在阴极板5上，气体集流结构5.2包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个气体初始集流流道与分散集流流道均相连通，气体分散集流流道与气体流通通道 5.1相连接。

具体的，PEM电解水的主要部件包括膜电极1和双极板，膜电极1包括包括质子交换膜，质子交换膜位于中心位置，在质子交换膜的一侧由内向外依次设置有阳极催化层和阳极气体扩散层，在质子交换膜的另一侧由内向外依次设置有阴极催化层和阴极气体扩散层，即膜电极1包括依次叠置的阳极气体扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层和阴极气体扩散层，双加板包括阳极板2和阴极板5，阳极板2设置在阳极气体扩散层的一侧，阴极板5设置在阴极气体扩散层的一侧，阳极板2和阴极板5的材质为纯钛或不锈钢，不锈钢表面要有贵金属涂层(金、铂、铱)，若阳极板2和阴极板5的材质为纯钛，表面优选有以上贵金属涂层的，本实施例中，在阳极板2上设置有液体流动通道、进液分流结构3和出液集流结构4，液体流动通道包括进液通道2.1和出液通道2.2，进液通道2.1与进液分流结构3相互配合能够实现进液的均匀分流，通过出液集流结构4和出液通道2.2能够汇集液体并从出液通道2.2输出，在阴极板5上设置有气体流动通道和气体集流结构5.2，如此通过集体集流结构和气体流通通道5.1能够对气体进行汇集并从气体流动通道输出。

本实施例中，液体流动通道包括进液通道2.1和出液通道2.2，进液通道 2.1和出液通道2.2用于水的流入或者流出，此处的流入和流出是值相对于膜电极1的流动方向，进液通道2.1和出液通道2.2均设置在阳极板2的边部位置，进液通道2.1和出液通道2.2可以是贯穿阳极板2相对两侧的通孔或者通道，进液通道2.1和出液通道2.2可以是一个，也可以是两个或者多个，当进液通道2.1和出液通道2.2均有多个时，进液通道2.1和出液通道2.2可以分别对应设置在阳极板2的相对两侧，进液通道2.1和出液通道2.2也可以沿阳极板2的周向依次交错间隔设置，进液分流结构3设置在阳极板2上，进液分流结构3包括设置在阳极板2上的液体分流结构，液体分流结构可以是设置在阳极板2上的单蛇形流道、双蛇形流道、三蛇形流道、指纹型流道、环形流道等，如此通过进液分流结构3和进液通道2.1相连接，能够实现对液体的分散流动输送，同理，在阳极板2上还设置有出液集流结构4，出液集流结构4用于对液体进行汇集，出液集流结构4也可以是设置在阳极板2上的单蛇形流道、双蛇形流道、三蛇形流道、指纹型流道、环形流道等，出液集流结构4和进液分流结构3可以独立设置，也可以相互组合设置，如设置指纹型流道同时实现进液分流和出液集流的效果。

本实施例中，气体流动通道设置在阴极板5的侧边位置，气体流动通道可以包括多个贯穿阴极板5的通道或者通孔，当气体流动通道有多个时，多个气体流动通道沿阴极板5的周向间隔设置，气体集流结构5.2设置在阴极板5 上，气体集流结构5.2包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个气体初始集流流道沿阴极板5的不同方向依次设置，多个气体初始集流流道的形状可以是单蛇形、双蛇形、三蛇形、指纹型、环形、乳突型等，气体初始集流流道还可以包括多种不同的结构流道，各气体初始集流流道均与气体分散集流流道相连接，气体分散集流流道可以是沿阴极板5周向设置的环形槽，气体分散集流流道与气体流动通道相连接，如此气体通过各气体初始集流流道汇集输送至气体分散集流流道后，通过气体流通通道5.1输出。

本实用新型实施例提供的PEM电解水用双极板，在阳极板2上设置有液体流动通道、进液分流结构3和出液集流结构4，液体流动通道包括进液通道2.1 和出液通道2.2，进液通道2.1与进液分流结构3相互配合能够实现进液的均匀分流，通过出液集流结构4和出液通道2.2能够汇集液体并从出液通道2.2 输出，使得流体分流和汇集均匀，降低流体阻力，提升生产效率。

本实用新型实施例提供的PEM电解水用双极板，在阴极板5上设置有气体流动通道和气体集流结构5.2，气体集流结构5.2包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个气体初始集流流道与分散集流流道均相连通，气体分散集流流道与气体流通通道5.1相连接，如此通过多个气体初始集流流道和分散集流流道可将氢气进行汇集，然后从气体流动通道输出。

本实施例中，优选的，进液分流结构3包括流入分散流道3.1和流入分配流道3.2，流入分散流道3.1与进液通道2.1相连接，流入分配流道3.2有多个，多个流入分配流道3.2均与流入分散流道3.1相连通；各流入分配流道 3.2之间也可以依次连通或者间隔性的连通，从而使得液体能够在各流入分配流道3.2内相互流通，降低液体的流道速度，实现液体的分散输送。

本实施例中，优选的，出液集流结构4包括液体分散集流流道4.1和多个液体初始集流流道4.2，多个液体初始集流流道4.2均与液体分散集流流道4.1 相连通，液体分散集流流道4.1与出液通道2.2相连接，各液体初始集流流道4.2之间可以依次连通或者间隔性的连通，从而使得液体能够在各液体初始集流流道4.2内相互流通，提升液体汇集的效果。

本实施例中，优选的，流入分配流道3.2和液体初始集流流道4.2均包括设置在阳极板2上的多个环形导流槽2.3，多个环形导流槽2.3以阳极板2的中心为圆心依次向外逐渐设置。多个环形导流槽2.3的尺寸不同，多个环形导流槽2.3同心设置，多个环形导流槽2.3中的部分用于流入分配流道3.2，另一部分用于液体初始集流流道4.2，用于液体初始集流流道4.2的环形导流槽 2.3和用于流入分配流道3.2的环形导流槽2.3也可以依次间隔交错设置，从而提升分流和集流的效果。

本实施例中，优选的，流入分散流道3.1包括环绕在流入分配流道3.2 外侧的第一弧形流道3.3，第一弧形流道3.3与各流入分配流道3.2均相连通。液体分散集流流道4.1包括环绕在液体初始集流流道4.2外侧的第二弧形流道 4.3，第二弧形流道4.3与各液体初始集流流道4.2均相连通。第一弧形流道 3.3和第二弧形流道4.3相互组合形成沿阳极板2周向设置的环形流道，第一弧形流道3.3和第二弧形流道4.3之间相互分隔不连通。

本实施例中，优选的，进液通道2.1和出液通道2.2设置在阳极板2的相对两侧，进液通道2.1和出液通道2.2均有多个，多个进液通道2.1和出液通道2.2均间隔设置。即多个进液通道2.1设置在阳极板2的一侧，多个出液通道2.2设置在阳极板2的另一侧，且第一弧形流道3.3与多个进液通道2.1 对应设置且均连通，第二弧形流道4.3与多个出液通道2.2对应设置且均连通。

本实施例中，优选的，气体初始集流流道包括多个凸起导流结构5.3，多个凸起导流结构5.3沿阴极板5间隔设置，多个凸起导流结构5.3之间设置有多个气体导流通道5.4；凸起导流结构5.3可以是乳突型的流道，也可以是具有弧形凸起的导流槽，气体导流通道5.4实现凸起导流结构5.3之间的相互连通。

本实施例中，优选的，气体分散集流流道包括沿阴极板5周向设置的周向导流流道，各气体导流通道5.4均与周向导流流道；气体流通通道5.1有多个，多个气体流通通道5.1沿阴极板5的周向间隔设置，各气体流通通道5.1均与气体分散集流流道相连通；如此气体通过凸起导流机构和气体导流通道5.4 汇集输送至周向导流流道内，然后通过周向导流流道和多个气体流通通道5.1 输出。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种PEM电解水用双极板,包括设置在膜电极两相对外侧的阴极板和阳极板，其特征在于，还包括：

液体流通通道，所述液体流动通道包括贯穿设置在所述阳极板上的进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道均至少有一个；

进液分流结构，其设置在所述阳极板上，与所述进液通道相连接，用于将液体分散输送至膜电极；

出液集流结构，其设置在所述阳极板上，与所述出液通道相连接，用于汇流液体并从所述出液通道输出；

气体流通通道，其设置在所述阴极板上；

气体集流结构，其设置在所述阴极板上，所述气体集流结构包括气体分散集流流道和多个气体初始集流流道，多个所述气体初始集流流道与所述分散集流流道均相连通，所述气体分散集流流道与所述气体流通通道相连接。

2.根据权利要求1所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述进液分流结构包括流入分散流道和流入分配流道，所述流入分散流道与所述进液通道相连接，所述流入分配流道有多个，多个所述流入分配流道均与所述流入分散流道相连通。

3.根据权利要求2所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述出液集流结构包括液体分散集流流道和多个液体初始集流流道，多个所述液体初始集流流道均与所述液体分散集流流道相连通，所述液体分散集流流道与所述出液通道相连接。

4.根据权利要求3所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述流入分配流道和所述液体初始集流流道均包括设置在所述阳极板上的多个环形导流槽，多个所述环形导流槽以所述阳极板的中心为圆心依次向外逐渐设置。

5.根据权利要求4所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述流入分散流道包括环绕在所述流入分配流道外侧的第一弧形流道，所述第一弧形流道与各所述流入分配流道均相连通。

6.根据权利要求5所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述液体分散集流流道包括环绕在所述液体初始集流流道外侧的第二弧形流道，所述第二弧形流道与各所述液体初始集流流道均相连通。

7.根据权利要求1所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述进液通道和所述出液通道设置在所述阳极板的相对两侧，所述进液通道和出液通道均有多个，多个所述进液通道和所述出液通道依次间隔设置。

8.根据权利要求1所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述气体初始集流流道包括多个凸起导流结构，多个所述凸起导流结构沿所述阴极板间隔设置，多个所述凸起导流结构之间设置有多个气体导流通道。

9.根据权利要求8所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述气体分散集流流道包括沿所述阴极板周向设置的周向导流流道，各所述气体导流通道均与所述周向导流流道。

10.根据权利要求9所述的PEM电解水用双极板，其特征在于，所述气体流通通道有多个，多个所述气体流通通道沿所述阴极板的周向间隔设置，各所述气体流通通道均与所述气体分散集流流道相连通。

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