CN217266044U - 一种无隔膜微电解制氢设备及微电解制氢系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无隔膜微电解制氢设备及微电解制氢系统，其中制氢设备包括基板、微通道结构和盖板；基板上安装有阴极接口和阳极接口；微通道结构设在基板上；微通道结构包括主通道、氢气储存槽和氧气储存槽；主通道内设有与阴极接口连接的阴极、与阳极接口连接的阳极和隔离墙；隔离墙位于阴极和阳极之间，且隔离墙将主通道划分为氢气通道和氧气通道；氢气通道的一端和氧气通道一端均与电解液入口连通，氢气通道的另一端、氧气通道的另一端分别连通氢气储存槽和氧气储存槽。本实用新型所述的无隔膜微电解制氢设备，无隔膜并在主通道内设置了将主通道分为氢气通道和氧气通道的隔离墙，可实现氢氧产物的分离，大幅降低设备成本。

Description

一种无隔膜微电解制氢设备及微电解制氢系统

技术领域

本实用新型属于电解制氢技术领域，尤其涉及一种无隔膜微电解制氢设备及微电解制氢系统。

背景技术

目前，电解水制氢是生产绿氢的重要方式。现有的主流电解水制氢技术主要包括三种：碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解制氢以及高温固体氧化物电解(SOEC)制氢。电解制氢技术中关键的核心设备是电解槽，三种电解技术对应的分别为碱性电解槽、质子交换膜电解槽及高温固体氧化物电解槽。

在氢气产业链中，氢气的储存与运输具有较大难度。氢气体积能量密度较低，燃点较低，易燃易爆，对储运过程中的安全性有极高的要求。相较于石油、天然气等传统化石燃料，氢气在储运环节具有天然的劣势。因此，目前氢气储运成本极高。例如采用气态氢气拖车运输方式，一台长管拖车的成本为160万元，百公里运输成本高达8.66元/kg；采用气态氢管道运输，每公里管道投资就高达580万元。因此，对于某些小规模、地理位置偏远的用氢场景，这种大规模制氢、长距离储运的氢能利用方式，成本高，缺乏灵活性，且有安全风险。鉴于此，发展小规模分布式制氢，就地消纳的用氢方式，作为大规模制氢的补充，具有显著的应用前景。

就电解槽而言，前面提到的三种制氢技术均有其固有缺陷。例如，碱性水电解槽的缺点在于，(1)采用强碱KOH作为电解液，需要使用耐腐蚀金属制造电解槽，增加成本；(2)碱水槽隔膜多采用石棉或PPS等材料，电阻高，增加能耗，阻气性差，因而抗负荷波动性差，启停耗时长；(3)碱性水电解系统结构复杂，部件多，故障率高。对于PEM系统，目前主要的缺陷在于其核心部件-质子交换膜通常采用贵金属制成，成本很高。而高温固体氧化物电解槽目前处于实验阶段，电极性能损耗快，技术成熟度低。因此，目前的三种制氢技术在小规模、分布式制氢中适用性较差。

鉴于以上分析可知，电解制氢的核心部件是电解槽，其主要问题在于成本高、结构复杂、故障率高等。因此，需开发适用于分布式制氢的小型、结构简单、灵活性高的电解设备。电解槽本质上为通电产生电化学反应的装置，目前，反应器的微型化是化工设备的发展的重要方向之一，因此催生出各种微化工装置，例如微反应器、微分离器等。微化工装置通道的特征尺寸通常在几十到几百微米之间，装置的微型化带来的主要优势有：(1)微小尺度大大增加了反应比表面积，微反应器中传递过程(反应速率、传热等)将得到大大强化，反应速率将加快，反应产热可快速消散，降低反应过程的安全风险；(2)可控性高，不同于宏观尺度设备内惯性力占主导地位，在微尺度下，表面力(粘性力、界面张力等)占主导，因此微尺度流动具有不同于宏观尺度的特殊性质，可利用其特殊流动形态实现对反应、分离过程的精确控制；(3)集成特性，通过微通道的结构设计，可将不同微反应器等集成，进一步缩小设备的体积，提高效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的第一个目的在于提出一种无隔膜微电解制氢设备，无隔膜并在主通道内设置了将主通道分为氢气通道和氧气通道的隔离墙，可利用微通道(也即主通道)内流动截面上速度梯度引起的浮力效应，在合适的操作条件下，将电解过程产生的气泡控制在电极附近，无需隔膜阻隔产生的氢气氧气，可实现氢氧产物的分离，大幅降低了设备成本，且结构简单，故障率低；同时，由于不存在隔膜，可实用多种电解液制氢。

本实用新型的另一个目的在于提供一种微电解制氢系统。

为达到上述目的，本实用新型第一方面实施例提出了一种无隔膜微电解制氢设备，包括基板、微通道结构和盖板；

所述基板上安装有阴极接口和阳极接口；

所述微通道结构设在基板上；所述微通道结构包括主通道、氢气储存槽和氧气储存槽；所述主通道内设有与阴极接口连接的阴极、与阳极接口连接的阳极和隔离墙；所述隔离墙高度小于主通道的深度；所述隔离墙位于阴极和阳极之间，且隔离墙将主通道划分为氢气通道和氧气通道；所述氢气通道的一端和氧气通道一端均与电解液入口连通，所述氢气通道的另一端、氧气通道的另一端分别连通氢气储存槽和氧气储存槽；所述氢气储存槽底部设有第一液体出口，上端设有氢气出口；所述氧气储存槽底部设有第二液体出口，上端设有氧气出口；

所述盖板安装在基板设有微通道结构一侧，且盖板与微通道结构形成密封空间。

另外，根据本实用新型上述实施例提出的无隔膜微电解制氢设备还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型的一些实施例中，所述阴极和阳极均设在主通道的侧壁上，且两者相对设置；所述阴极采用镍网、镍-铁基网状电极、镍-钼合金电极中的一种；所述阳极采用泡沫镍基镍铁合金电极或层状双金属氢氧化物电极。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板上开有槽，槽内底部开设有所述微通道结构；所述槽内安装盖板，盖板厚度与槽深度相当；所述隔离墙的高度小于主通道的深度。

在本实用新型的一些实施例中，所述电解液入口、氢气出口、氧气出口、第一液体出口和第二液体出口均贯穿基板。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板材质为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、聚二甲基硅氧烷或3D打印材料。

在本实用新型的一些实施例中，所述氢气通道、氢气储存槽与氧气通道、氧气储存槽关于隔离墙对称设置。

在本实用新型的一些实施例中，所述主通道的长度、宽度、深度比为(480-720)：(9-15)：(4-6)；所述隔离墙的宽度为主通道宽度的2/15-1/5，隔离墙的高度为主通道深度的2/5-3/5；所述氢气储存槽和氧气储存槽的长度均为主通道长度的1/5-3/10，宽度均为主通道宽度的4-6倍，深度均为主通道深度的4.8-7.2倍。

在本实用新型的一些实施例中，所述阳极接口和阴极接口均一端穿过基板连接其对应的电极，另一端延伸至基板外侧；所述阳极接口和阴极接口均为圆形连接长条形棒状金属薄片。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备的加工封装方法，包括：加工基板的步骤；加工微通道结构的步骤；将盖板与基板封装的步骤。

当基板采用有机玻璃PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)材质时，可采用CAD辅助设计，通过精密数控加工在基板上刻出微通道结构。

当基板材质采用3D打印材料时，可采用3D打印的方式直接加工基板和微通道结构。

为达到上述目的，本实用新型第二方面实施例提出了一种微电解制氢系统，包括如上所述的无隔膜微电解制氢设备、动力系统、能量源、氢气储存装置、氧气储存装置；所述无隔膜微电解制氢设备的电解液入口与动力系统出口连通，第一液体出口和第二液体出口均与动力系统的入口连通；所述无隔膜微电解制氢设备的阴极接口、阳极接口均与能量源连接；所述无隔膜微电解制氢设备的氢气出口、氧气出口分别连通氢气储存装置和氧气储存装置。

在本实用新型的一些实施例中，所述动力系统为循环泵，能量源为直流电源、光伏或风能。

利用本实用新型实施例的微电解制氢系统进行微电解制氢的方法为：电解液由动力系统输送自电解液入口进入主通道，在能量源作用下电解制氢，之后电解液分别经氢气通道和氧气通道进入氢气储存槽、氧气储存槽进行气液分离，氢气自氢气出口进入氢气储存装置，氧气自氧气出口进入氧气储存装置，氢气储存槽、氧气储存槽中的电液体分别经第一液体出口和第二液体出口流出，并在动力系统作用下重新进入电碱液入口循环利用。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备，其有益效果为：

(1)无隔膜设计。利用微通道内流动截面上速度梯度引起的浮力效应(Segre′-Silberberg effect)，在合适的操作条件下，可将电解过程产生的气泡控制在电极附近，加上特殊设计的通道隔离墙结构(隔离墙设在主通道内，将主通道分为氢气通道和氧气通道)，无需隔膜阻隔产生的氢气氧气，可实现氢氧产物的分离，大幅降低了设备成本，且结构简单，故障率低。

(2)由于微通道(也即主通道)极窄(一般通道特征尺度小于2mm)，因此其欧姆阻抗较低，电解效率高；同时，由于微尺度传热大幅增强，可及时消除过程产热，电解槽的安全性也得到显著提高。

(3)由于不存在隔膜，因此可使用多种电解液电解制氢，不仅可使用碱性KOH，也可采用酸性溶液如H₂SO₄。

(4)模块化单元设计，出现故障后可直接更换，免维修。

(5)体积小，可方便地与光伏、风电等新能源设备集成，使用方便。

(6)同时产生氧气，适合于小规模、分布式制氢场景，例如氢能无人机、潜艇等。

本实用新型实施例的微电解制氢系统的有益效果：除具有上述无隔膜微电解制氢设备的有益效果以外，可实现电解液循环，进行连续电解制氢。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备的立体图。

图2为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备不包括盖板部分一个角度的立体图。

图3为图2中B处的放大图。

图4为图2中C处的放大图。

图5为图2中D处的放大图。

图6为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备不包括盖板部分另一个角度的立体图。

图7为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备不包括盖板部分的俯视图。

图8为图7中A-A处的剖视图。

图9为图8中E处放大图。

图10为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备不包括盖板部分的侧视图。

图11为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备不包括盖板部分的主视图。

图12为根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备的加工封装过程示意图，其中：(a)为基板加工；(b)为基板加工微通道结构；(c)为加盖板封装。

图13为根据本实用新型一个实施例的微电解制氢系统的简单结构示意图。

附图标记：

1-电解液入口；2-阴极接口；3-阳极接口；4-氢气储存槽；5-氧气储存槽；6-氧气出口；7-氢气出口；8-基板；9-盖板；10-槽；11-主通道；12-阴极；13-阳极；14-隔离墙；15-氢气通道；16-氧气通道；17-第一液体出口；18-第二液体出口；19-第一小孔；20-第二小孔；21-无隔膜微电解制氢设备；22-动力系统；23-能量源；24-氢气储存装置；25-氧气储存装置。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合附图来描述本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备、无隔膜微电解制氢设备加工封装方法及微电解制氢系统。

图1根据本实用新型一个实施例的无隔膜微电解制氢设备的立体图。

如图1、图2、图7、图11和图12所示，本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备包括基板8、微通道结构和盖板9；基板8上安装有阴极接口2和阳极接口3；微通道结构设在基板8上；微通道结构包括主通道11、氢气储存槽4和氧气储存槽5；如图2-4所示，主通道11内设有与阴极接口2连接的阴极12、与阳极接口3连接的阳极13和隔离墙14；隔离墙14高度小于主通道11的深度；隔离墙14位于阴极12和阳极13之间，且隔离墙14将主通道11划分为氢气通道15和氧气通道16；氢气通道15的一端和氧气通道16一端均与电解液入口1连通，氢气通道15的另一端、氧气通道16的另一端分别连通氢气储存槽4和氧气储存槽5；氢气储存槽4底部设有用于氢气储存槽中电解液流出的第一液体出口17，上端设有用于氢气储存槽中氢气产物排出的氢气出口7；氧气储存槽5底部设有用于氧气储存槽中电解液流出的第二液体出口18，上端设有用于氧气储存槽内氧气产物排出的氧气出口6；盖板9安装在基板8设有微通道结构一侧，且盖板9与微通道结构形成密封空间。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备，无隔膜并在主通道内设置了将主通道分为氢气通道和氧气通道的隔离墙，可利用微通道(也即主通道)内流动截面上速度梯度引起的浮力效应，在合适的操作条件下，将电解过程产生的气泡控制在电极附近，无需隔膜阻隔产生的氢气氧气，可实现氢氧产物的分离，大幅降低了设备成本，且结构简单，故障率低；同时，由于不存在隔膜，可实用多种电解液制氢。

在本实用新型的一些实施例中，如图3所示，阴极12和阳极13均设在主通道11的侧壁上，且两者相对设置。需要说明的是，阴极与阳极在主通道侧壁的安装方式可以采用螺栓连接、焊接等。阴极12采用镍网、镍-铁基网状电极、镍-钼合金电极中的一种，阳极13采用泡沫镍基镍铁合金电极或层状双金属氢氧化物电极，可以进一步降低电解过电势，提高电解效率。镍网、镍-铁基网状电极、镍-钼合金电极、泡沫镍基镍铁合金电极、层状双金属氢氧化物电极等均可通过商业途径获得。

在本实用新型的一些实施例中，阳极接口和阴极接口的安装方式不限，其中一种可选的安装方式为：如图1、图2、图5、图6所示，在基板8两侧外表面分别沿垂直于主通道的方向开设有第一小孔19和第二小孔20，且第一小孔19和第二小孔20分别贯穿至阴极12和阳极13安装位置处。阳极接口和阴极接口形状为圆形连接长条形棒状金属(比如铜等)薄片，阳极接口的长条形薄片直接插入第二小孔20直至阳极表面并于阳极表面接触，阴极接口的长条形薄片直接插入第一小孔19直至阴极表面并与阴极表面接触，以实现通电电解。外接电源将直流电通过夹子夹在阴极接口和阳极接口的圆形薄片上，为电解槽(也即无隔膜微电解制氢设备)供电。另一种可选的方式为：在第一小孔19内安装有第一线缆，第一线缆一端连接阴极12，另一端伸出第一小孔19延伸至基板8外侧连接阴极接口2；第二小孔20内安装有第二线缆，第二线缆一端连接阳极13，另一端伸出第二小孔20延伸至基板8外侧连接阳极接口3；阳极接口和阴极接口形状为均圆形金属薄片，比如圆形铜片等。可选的，第一小孔19和第二小孔20可以采用长方体状，沿基板长度方向纵截面宽度为0.2mm，高度为0.1mm。

可以理解的是，本实用新型的一些实施例中，盖板只要可以对包括电解液入口、主通道、氢气储存槽、氧气储存槽等构成的微通道结构进行密封，使其形成封闭的密封腔，盖板可以采用任何结构形式安装在基板上。可选的，在本实用新型的一些实施例中，如图1、图2、图7和图8所示，基板8上开有槽10，槽10内底部开设有微通道结构；槽10内安装盖板9，盖板9厚度与槽10深度相当。需要说明的是，槽10在基板上的位置不限，但较佳的，槽10与基板共中心，槽的形状也不限，只要满足开设微通道结构的需求即可，盖板形状、尺寸均与槽10相当。盖板完全密封安装在基板上时，两者形成一个规则的长方体状。

在本实用新型的一些实施例中，如图2和图6所示，电解液入口1、氢气出口7、氧气出口6、第一液体出口17和第二液体出口18均贯穿基板8。较佳的，氢气出口和氧气出口均由相互连通的第一通道和第二通道构成，其中第一通道与其所在的氢气储存槽或氧气储存槽连通，且深度小于氢气储存槽或氧气储存槽，第一通道位于其所在的氢气储存槽或氧气储存槽与第二通道之间，第二通道为贯穿基板的通孔。第一通道沿基板宽度方向的截面成U形，第二通道可以是规则的长方体状或正方体状，也可以是其他形状。

在本实用新型的一些实施例中，基板8材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或3D打印材料等。较佳的，3D打印材料可以是ABS塑料、聚乳酸(PLA)塑料、工程塑料(abs材料、pc材料、尼龙材料等)、光敏树脂，等等。

需要说明的是，隔离墙距盖板的间距大于主通道距盖板的间距，也即隔离墙14的高度小于主通道11的深度(如图8和图9所示)。这样，隔离墙可起到流通电解液，并阻止气泡通过的作用：一方面是界面张力的作用，一方面是速度梯度引起的。

还需要说明的是，主通道的形状不限，只要能保证阴极、阳极、隔离墙的正常安装，电解液的流通即可；隔离墙的形状亦不限，能保证电解液的流通即可。可选的，在本实用新型的一些实施例中，微通道结构设在基板沿宽度方向的中间位置，主通道和隔离墙均为长方体状，氢气通道、氢气储存槽与氧气通道、氧气储存槽关于隔离墙对称设置，隔离墙可以与基板一体成型，也可以采用胶粘接、螺栓连接、焊接等方式固定在主通道内。可选的，隔离墙的材质可以与基板保持一致，或者有所不同，只要能保证正常的电解水制氢即可。

在本实用新型的一些实施例中，主通道11的长度、宽度、深度比为(480-720)：(9-15)：(4-6)；隔离墙与主通道的长度相当，隔离墙14的宽度为主通道11宽度的2/15-1/5，隔离墙14的高度为主通道11深度的2/5-3/5，较佳的，隔离墙高度为主通道深度的一半；氢气储存槽4和氧气储存槽5的长度均为主通道11长度的1/5-3/10，宽度均为主通道11宽度的4-6倍，深度均为主通道11深度的4.8-7.2倍。较佳的，主通道11的长度、宽度、深度比为600：12：5；隔离墙与主通道的长度相当，隔离墙14的宽度为主通道11宽度的1/6，隔离墙14的高度为主通道11深度的一半；氢气储存槽4和氧气储存槽5的长度均为主通道11长度的1/4，宽度均为主通道11宽度的5倍，深度均为主通道11深度的6倍。一个更优选的情形是：主通道的长度为6cm，宽度为1.2mm，深度为0.5mm；隔离墙长度为6cm，宽度为0.2mm，高度为0.25mm；氢气储存槽和氧气储存槽的长度均为15mm，宽度为6mm，深度为3mm。

可以理解的是，在本实用新型的一些实施例中，氢气储存槽和氧气储存槽的位置不限，只要与氢气通道和氧气通道分别连通，可以实现氢气和氧气分离即可，可选的，当采用如图2、图4所示的结构，也即氢气储存槽和氧气储存槽并列设置，均位于主通道远离电解液入口一端，可以设置成主通道末端紧贴氢气储存槽和氧气储存槽，直接使氢气通道与氢气储存槽接触连通，氧气通道与氧气储存槽接触连通的形式，也可以为了避免氢气储存槽和氧气储存槽距离过于接近，如图7所示，氢气通道和氧气通道均由两部分位于主通道内的管段和位于主通道外的向主通道两侧弯曲的管段构成。

在电解过程中，如何防止氢氧产物互混是关键之一。本实用新型实施例的微电解槽能够实现氢氧产物隔离的主要依据有三点：1.微通道(也即主通道)内流动的流动截面上速度梯度引起的浮力效应(Segre′-Silberberg effect)，可将电极产生的产物气泡限制在电极附近，壁面产物混合(Esposito,Da Niel V.Membraneless Electrolyzers for Low-Cost Hydrogen Production in a Renewable Energy Future[J].Joule,2017)；2.本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备中设计的主通道内隔离墙结构，可产生较高拉普拉斯力，可起到防止产物气泡穿过的作用。隔离墙产生的拉普拉斯力P_Lap(单位为Pa)可由下式计算：

P_Lap＝γ/d

其中，γ、d分别为气液两相界面张力(单位为N/m)及隔离墙上方与主通道顶部的间隔距离(单位为μm)。以空气和水为例，其界面张力为0.072N/m，d为300μm，经计算，可提供240Pa的拉普拉斯压力，足以阻隔产物气泡，防止氢氧产物互混。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备中，特增加氢氧产物储槽(也即氢气储存槽和氧气储存槽)，增加停留时间，实现电解液与气体产物的分离。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备的工作过程(也即利用本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备电解水制氢的方法)为：

电解液(电解液可采用KOH等碱液、纯水及硫酸等酸性溶液)由经电解液入口1进入主通道进11行电解制氢，电解产生的氢气和氧气在隔离墙14两侧分别随电解液经氢气通道15和氧气通道16流动至氢气储存槽4和氧气储存槽5，在氢气储存槽4和氧气储存槽5中实现气液分离，氢气、氧气产物分别经氢气出口7和氧气出口6排出，氢气储存槽4中的电解液从第一液体出口17排出，氧气储存槽5中的电解液从第二液体出口18排出。较佳的，可以将电解液入口与泵等动力系统的出口连通，将第一液体出口17、第二液体出口18与泵等动力系统的入口连通，这样就可以实现电解液在主通道11、氢气储存槽4和氧气储存槽5等构成的微通道结构内的循环利用。

本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备，其利用微反应技术设计新型无隔膜、模块化微流体电解槽(简称：微电解槽)，适用于小规模、分布式制氢场景。

如图12所示，本实用新型实施例的无隔膜微电解制氢设备的加工封装方法，包括：加工基板8的步骤；加工微通道结构的步骤；将盖板9与基板8封装的步骤。

在本实用新型的一些实施例中，当采用基板采用PMMA材质等时，可采用CAD辅助设计，通过精密数控加工(CNC)在基板8上刻出微通道结构，再将一盖板9与基板8封装即可形成完整的微电解槽(也即无隔膜微电解制氢设备)。封装可采用环氧树脂胶粘贴、热键合等方式。

在本实用新型的一些实施例中，当基板采用3D打印材料时，无隔膜微电解制氢设备可以采用3D打印的方式加工成形，通过3D设计图，直接打印出微通道结构，并与盖板9封装。封装可采用环氧树脂胶粘贴、热键合等方式。

如图13所示，本实用新型实施例的微电解制氢系统，包括上述实施例的无隔膜微电解制氢设备21、动力系统22、能量源23、氢气储存装置24、氧气储存装置25；无隔膜微电解制氢设备21的电解液入口1与动力系统22出口连通，第一液体出口17和第二液体出口18均与动力系统22的入口连通；无隔膜微电解制氢设备21的阴极接口2、阳极接口3均与能量源23连接；无隔膜微电解制氢设备21的氢气出口7、氧气出口6分别连通氢气储存装置24和氧气储存装置25。

可以理解的是，动力系统用于提供电解液流动所需动力，能量源用于为微电解产生氢气提供能源；氢气储存装置和氧气储存装置构成气体储存系统，氢气储存装置用于存储无隔膜微电解制氢设备产生的氢气，氧气储存装置用于存储无隔膜微电解制氢设备产生的氧气。

在本实用新型的一些实施例中，动力系统22为循环泵，能量源23为直流电源、光伏或风能。其中氢气储存装置可以采用氢气储存罐，氧气储存装置可以采用氧气储存罐。

本实用新型实施例的微电解制氢系统的使用方法，也即采用微电解制氢系统微电解制氢方法，其具体过程为：电解液由动力系统22输送自电解液入口1进入主通道11，在能量源23作用下电解制氢，之后电解液分别经氢气通道15和氧气通道16进入氢气储存槽4、氧气储存槽5进行气液分离，氢气自氢气出口7进入氢气储存装置24，氧气自氧气出口6进入氧气储存装置25，氢气储存槽4、氧气储存槽5中的电液体分别经第一液体出口17和第二液体出口18流出，并在动力系统22作用下重新进入电碱液入口循环利用。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，包括基板、微通道结构和盖板；

所述基板上安装有阴极接口和阳极接口；

所述微通道结构设在基板上；所述微通道结构包括主通道、氢气储存槽和氧气储存槽；所述主通道内设有与阴极接口连接的阴极、与阳极接口连接的阳极和隔离墙；所述隔离墙高度小于主通道的深度；所述隔离墙位于阴极和阳极之间，且隔离墙将主通道划分为氢气通道和氧气通道；所述氢气通道的一端和氧气通道一端均与电解液入口连通，所述氢气通道的另一端、氧气通道的另一端分别连通氢气储存槽和氧气储存槽；所述氢气储存槽底部设有第一液体出口，上端设有氢气出口；所述氧气储存槽底部设有第二液体出口，上端设有氧气出口；

所述盖板安装在基板设有微通道结构一侧，且盖板与微通道结构形成密封空间。

2.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述阴极和阳极均设在主通道的侧壁上，且两者相对设置；所述阴极采用镍网、镍-铁基网状电极、镍-钼合金电极中的一种；所述阳极采用泡沫镍基镍铁合金电极或层状双金属氢氧化物电极。

3.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述基板上开有槽，槽内底部开设有所述微通道结构；所述槽内安装盖板，盖板厚度与槽深度相当。

4.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述电解液入口、氢气出口、氧气出口、第一液体出口和第二液体出口均贯穿基板。

5.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述基板材质为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、聚二甲基硅氧烷或3D打印材料。

6.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述氢气通道、氢气储存槽与氧气通道、氧气储存槽关于隔离墙对称设置。

7.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述主通道的长度、宽度、深度比为(480-720)：(9-15)：(4-6)；所述隔离墙的宽度为主通道宽度的2/15-1/5，隔离墙的高度为主通道深度的2/5-3/5；所述氢气储存槽和氧气储存槽的长度均为主通道长度的1/5-3/10，宽度均为主通道宽度的4-6倍，深度均为主通道深度的4.8-7.2倍。

8.根据权利要求1所述的无隔膜微电解制氢设备，其特征在于，所述阳极接口和阴极接口均一端穿过基板连接其对应的电极，另一端延伸至基板外侧；所述阳极接口和阴极接口均为圆形连接长条形棒状金属薄片。

9.一种微电解制氢系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的无隔膜微电解制氢设备、动力系统、能量源、氢气储存装置、氧气储存装置；所述无隔膜微电解制氢设备的电解液入口与动力系统出口连通，第一液体出口和第二液体出口均与动力系统的入口连通；所述无隔膜微电解制氢设备的阴极接口、阳极接口均与能量源连接；所述无隔膜微电解制氢设备的氢气出口、氧气出口分别连通氢气储存装置和氧气储存装置。

10.根据权利要求9所述的微电解制氢系统，其特征在于，所述动力系统为循环泵，能量源为直流电源、光伏或风能。

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