CN218539841U - 一种模块化pem电解水制氢系统 - Google Patents

一种模块化pem电解水制氢系统 Download PDF

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苗乃乾
张真
张蕾蕾
张诗洋
张家斌
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Abstract

本申请公开了一种模块化PEM电解水制氢系统，用以解决现有的PEM制氢技术氢气制取效率低，设备使用寿命短的技术问题。系统包括：电源模块；电解模块，包括PEM电解槽，所述PEM电解槽包括与所述电源模块连接的阴极板和阳极板、蓄水池；气体收集模块，包括第一气体收集罐和第二气体收集罐，其中，所述第一气体收集罐与所述阴极板连接，用于收集所述阴极板上产生的气体，所述第二气体收集罐与所述阳极板连接，用于收集所述阳极板上产生的气体。本申请通过上述方法实现了大规模产氢制氢，保证了电解制氢系统整体上的使用寿命。

Description

一种模块化PEM电解水制氢系统
技术领域
本申请涉及新能源技术领域，尤其涉及一种模块化PEM电解水制氢系统。
背景技术
近年来，新能源技术取得了较大的发展，尤其是制氢技术。PEM(Proton ExchangeMembrane，质子交换膜)电解水制氢技术具有产氢纯度高、动态响应速度快、负荷范围广，运行电流密度高、输出氢气压力高、结构紧凑等众多优点，是最有发展前景的电解水制氢技术。
目前，PEM制氢技术所用到的电解槽主要包括双极板、多孔扩散层、质子交换膜、阴阳极催化层等结构，在阳极产生氧气，阴极产生氢气，实现氢能源的制取。但目前PEM技术制氢总体上还不完善，制取氢气的效率不高，装置使用寿命较短，需要频繁更换设备。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种模块化PEM电解水制氢系统，用以解决现有的PEM制氢技术氢气制取效率低，设备使用寿命短的技术问题。
本申请实施例提供了一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述系统包括：
电源模块；
电解模块，包括PEM电解槽，所述PEM电解槽包括与所述电源模块连接的阴极板和阳极板、蓄水池；
气体收集模块，包括第一气体收集罐和第二气体收集罐，其中，所述第一气体收集罐与所述阴极板连接，用于收集所述阴极板上产生的气体，所述第二气体收集罐与所述阳极板连接，用于收集所述阳极板上产生的气体；
冷却模块，包括冷水机及冷却管，所述冷却管环绕设置于所述储液池外围；
净化储水模块，包括净水机及储水罐，所述净水机的进水端连接自来水管道，所述储水罐的进水端连接所述净水机的出水端，所述储水罐的出水端连接所述电解槽的储液池。
本申请的一种实现方式中，所述系统还包括PEM燃料电池模块，所述PEM燃料电池模块连接所述第一气体收集罐，用于通过燃烧所述第一气体收集罐中储存的气体发电，并将产生的电能储存。
本申请的一种实现方式中，所述PEM电解槽还包括固定在所述阴极板上的第一催化剂层以及固定在所述第二阴极板上的第二催化剂层。
本申请的一种实现方式中，所述PEM电解槽还包括质子交换膜，所述质子交换膜设置于所述阴极板和所述阳极板之间，用于所述阳极板产生的氢离子透过到达所述阴极板。
本申请的一种实现方式中，所述PEM电解槽还包括安装于所述阴极板的第一气体扩散层以及安装于所述阳极板的第二气体扩散层。
本申请的一种实现方式中，所述电源模块连接220V市电。
本申请的一种实现方式中，所述电源模块为光伏发电、风力发电中的一种或多种。
本申请的一种实现方式中，所述阳极板外设置耐腐蚀的金属涂层，以防止所述阳极板被腐蚀。
本申请的一种实现方式中，所述阴极板与所述第一气体收集罐以及所述阳极板与所述第二气体收集罐之间均通过橡胶管道密封连接。
在本申请的一种实现方式中，所述系统还包括纯水加热模块，所述纯水加热模块包括防爆加热器和输液管道。
本申请实施例提供的一种PEM电解水制氢装置，通过多个模块相互配合，实现了大规模产氢制氢。通过设置气体扩散层，便于产生的气体逸出阴阳极板，设置金属涂层保护了阳极板免受腐蚀，从而增加了电解制氢系统整体上的使用寿命。通过设置风光发电模块接入系统，实现了绿色制氢，节约了能源保护了环境。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种模块化PEM电解水制氢系统示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种模块化PEM电解水制氢系统，用以解决现有的PEM制氢技术氢气制取效率低，设备使用寿命短的技术问题。
下面通过附图对本申请实施例提出的技术方案进行详细的说明。
本申请实施例提供了一种模块化PEM电解水制氢系统，主要组成有图1中电源模块1、阴极板2、阳极板3、第一气体收集罐4、第二气体收集罐5、第一催化剂层6、第二催化剂层7、质子交换膜8、第一气体扩散层9、第二气体扩散层10、冷水机11、储水罐12、净水机13、PEM燃料电池模块14。
本申请实施例提供的一种模块化PEM电解水制氢系统示意图。如图1所示，该系统主要包括：电源模块1；电解模块，包括PEM电解槽，所述PEM电解槽包括与所述电源模块1连接的阴极板2和阳极板3、储液池；气体收集模块，包括第一气体收集罐4和第二气体收集罐5，其中，所述第一气体收集罐4与所述阴极板2连接，用于收集所述阴极板2上产生的气体，所述第二气体收集罐5与所述阳极板3连接，用于收集所述阳极板3上产生的气体气体；冷却模块，包括冷水机11及冷却管，所述冷却管环绕设置于所述储液池外围；净化储水模块，包括净水机13及储水罐12，所述净水机13的进水端连接自来水管道，所述储水罐12的进水端连接所述净水机13的出水端，所述储水罐12的出水端连接所述电解槽的储液池。
在本申请的一个实施例中，所述系统还包括PEM燃料电池模块14，所述PEM燃料电池模块14连接所述第一气体收集罐4，用于通过燃烧所述第一气体收集罐4中储存的气体发电，并将产生的电能储存。燃烧氢气所用氧气可以使用第二气体收集罐的氧气，产生的电能经过蓄电池存储后，再经逆变器逆变，并入电网。
在本申请的一个实施例中，所述电源模块连接220V市电。
在本申请的一个实施例中，所述电源模块1连接风力发电或光伏发电中的一种或多种组合，由风光发电产生的电能为电解水制氢系统供能，从而实现绿色制氢，以节约能源。
在本申请的一个实施例中，所述PEM电解槽还包括固定在所述阴极板2上的第一催化剂层6以及固定在所述阳极板3上的第二催化剂层7。如图1所示，催化剂用于加速反应，主要为IrO2。
在本申请的一个实施例中，所述PEM电解槽还包括质子交换膜8，所述质子交换膜8设置于所述阴极板2和所述阳极板3之间，用于所述阳极板3产生的氢离子透过到达所述阴极板2。
在本申请的一个实施例中，所述PEM电解槽还包括安装于所述阴极板2的第一气体扩散层9以及安装于所述阳极板3的第二气体扩散层10。
在本申请的一个实施例中，所述阳极板3外设置耐腐蚀的金属涂层，以防止所述阳极板被腐蚀。
在本申请的一个实施例中，所述阴极板2与所述第一气体收集罐4以及所述阳极板3与所述第二气体收集罐5之间均通过橡胶管道密封连接。以增强装置的气密性，防止制取的气体发生泄漏。
在本申请的一个实施例中，所述系统还包括纯水加热模块，所述纯水加热模块包括防爆加热器和输液管道。防爆加热器可实现对电解槽溶液的高效率加热。
本申请实施例提供的一种PEM电解水制氢系统，其工作过程是：通过市电或风力光伏发电的电源模块给系统供电，电源的正负极分别连接系统电解槽的阳极板以及阴极板，对储液池中的不断补充进来的纯水进行电解，在阳极板上发生的反应为：2H2O-4e-＝4H++O2，阴极板上发生的反应为：4H++4e-＝2H2，可以看出在阳极板上产生的是氢离子和氧气，在阴极板上产生的是氢气。氢离子透过阴阳极板之间的质子交换膜从阳极板到达阴极板。因此阳极板产生了较多的氢离子，酸性较强，需要加涂层防腐蚀。为了便于气体的逸出，还设置了气体扩散层分别提供氢气及氧气溢出的通道。同时为了加快反应，还设置了阴阳两极板上的催化剂层。最后溢出的氢气和氧气通过气体收集罐收集起来。
本申请实施例提供的一种PEM电解水制氢系统，通过多个模块相互配合，实现了大规模产氢制氢。通过设置气体扩散层，便于产生的气体逸出阴阳极板，设置金属涂层保护了阳极板免受腐蚀，从而增加了电解制氢系统整体上的使用寿命。通过设置风光发电模块接入系统，实现了绿色制氢，节约了能源保护了环境。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述系统包括：
电源模块；
电解模块，包括PEM电解槽，所述PEM电解槽包括与所述电源模块连接的阴极板和阳极板、储液池；
气体收集模块，包括第一气体收集罐和第二气体收集罐，其中，所述第一气体收集罐与所述阴极板连接，用于收集所述阴极板上产生的气体，所述第二气体收集罐与所述阳极板连接，用于收集所述阳极板上产生的气体；
冷却模块，包括冷水机及冷却管，所述冷却管环绕设置于所述储液池外围；
净化储水模块，包括净水机及储水罐，所述净水机的进水端连接自来水管道，所述储水罐的进水端连接所述净水机的出水端，所述储水罐的出水端连接所述电解槽的储液池。
2.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述系统还包括PEM燃料电池模块，所述PEM燃料电池模块连接所述第一气体收集罐，用于通过燃烧所述第一气体收集罐中储存的气体发电，并将产生的电能储存。
3.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述PEM电解槽还包括固定在所述阴极板上的第一催化剂层以及固定在所述阳极板上的第二催化剂层。
4.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述PEM电解槽还包括质子交换膜，所述质子交换膜设置于所述阴极板和所述阳极板之间，用于所述阳极板产生的氢离子透过到达所述阴极板。
5.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述PEM电解槽还包括安装于所述阴极板的第一气体扩散层以及安装于所述阳极板的第二气体扩散层。
6.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述电源模块连接220V市电。
7.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述电源模块为光伏发电、风力发电中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述阳极板外设置金属涂层。
9.根据权利要求1所述的一种模块化PEM电解水制氢系统，其特征在于，所述阴极板与所述第一气体收集罐以及所述阳极板与所述第二气体收集罐之间均通过橡胶管道密封连接。
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