CN218885806U

CN218885806U - 一种aem电解槽电化学性能测试台

Info

Publication number: CN218885806U
Application number: CN202223490117.1U
Authority: CN
Inventors: 焦炜; 杨裔晟; 文波涛; 贾力; 李思淼; 安永昕; 曹炬
Original assignee: Shenzhen Wenshi Hydrogen Energy Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Wenshi Hydrogen Energy Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2032-12-23

Abstract

本实用新型公开一种AEM电解槽电化学性能测试台，包括：操作台、数字控制压力表、流量计、去离子器，设置在操作台上的电解槽、散热器、水箱、氢气压力提升装置、水泵；所述水箱一端依次经水泵、去离子器、散热器后与电解槽的进水端连接；所述水箱另一端还与电解槽的出水端连接；所述氢气压力提升装置包括氢气提升压力阀块、分别与氢气提升压力阀块连通的过滤机构和压力安全阀。本实用新型氢气提升压力阀块上所安装的氢气过滤器填充有氢气过滤树脂，可将氢气中的水过滤出来，试验结束时进行吹扫，与氢气提升压力阀块相连接的压力安全阀提升了制氢电解槽的氢气压力，从而提高了制氢效率。

Description

一种AEM电解槽电化学性能测试台

技术领域

本实用新型涉及AEM电解槽技术领域，特别涉及一种AEM电解槽电化学性能测试台。

背景技术

AEM电解槽设计出来以后，需要有一套供电、电解水循环散热、供水、排氢、电化学工作站等配套装置对电解槽进行测试。现在的测试装置是把上述设备平铺在试验台上，安装和测试非常不方便。如果没有氢气压力提升装置，无法测试阴极侧在3MPa下的电解水制氢能力，这与实际工作时的压力状态不符。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种AEM电解槽电化学性能测试台，把电源、电化学工作站、氢气压力提升装置、水泵、水箱、散热器安装起来，达到控制电压电流进行大功率高压力测试电解槽的目的，将单体电解槽或者几片成组的电解槽安装在平台上，配以可调24V电源、直流稳压电源、电化学工作站和计量仪表，对测试过程进行记录和监控。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种AEM电解槽电化学性能测试台，包括：操作台、数字控制压力表、流量计、去离子器，设置在操作台上的电解槽、散热器、水箱、氢气压力提升装置、水泵；

所述水箱一端依次经水泵、去离子器、散热器后与电解槽的进水端连接；所述水箱另一端还与电解槽的出水端连接；

所述氢气压力提升装置包括氢气提升压力阀块、分别与氢气提升压力阀块连通的过滤机构和压力安全阀；所述数字控制压力表安装在氢气提升压力阀块上，可显示氢气提升压力阀块内的压力；

所述电解槽的出氢气端与氢气提升压力阀块连通后，氢气一路经过滤机构过滤后进行气体吹扫，另一路通过流量计测定后排出。

优选的，所述AEM电解槽电化学性能测试台还包括直流稳压电源、24V电源、操作面板、电化学工作站；所述直流稳压电源、操作面板设置在操作台上，所述电化学工作站设置在直流稳压电源上方；所述操作面板设置在操作台前端，且置于直流稳压电源旁；所述24V电源设置在操作面板后面，用于给测试台供电。

优选的，所述操作面板上设有温度表、水泵开关、散热开关、进水管路接头、氢气出口接头、氧气出口接头、24V电源开关、氢气吹扫开关；所述24V电源对应端分别与水泵开关、散热开关、24V电源开关、氢气吹扫开关对应端电性连接；所述直流稳压电源对应端与电解槽对应端电性连接；

所述散热开关对应端还与散热器的风扇对应端电性连接，用于控制散热器的风扇开启或关闭；所述水泵开关对应端与水泵对应端电性连接，用于控制水泵的开启或关闭。

优选的，所述过滤机构包括过滤器、与过滤器连接的气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀；所述过滤器还与氢气提升压力阀块连接，所述氢气吹扫开关对应端与电磁阀对应端电性连接，用于控制电磁阀的开启或关闭。

优选的，所述氢气提升压力阀块的另一路连接有排气导管，所述流量计安装在排气导管上；所述排气导管上还设有单向电磁阀，该排气导管对应与氢气出口接头连通。

优选的，所述水箱的进水口连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀，该进水管还与进水管路接头连通。

优选的，所述水箱的顶部设有气水分离机构，该气水分离机构包括气水分离器、氧气手动阀(八字阀)、氧气导管；所述气水分离器一端与氧气导管连通，另一端与水箱连通，所述氧气导管上还设有氧气手动阀；所述氧气导管还与氧气出口接头连通；所述氧气手动阀在工作前打开，工作结束后关闭。

优选的，所述水箱与电解槽通过一路PTFE材质的管子连通，该管子还与温度表连接。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：本实用新型把电源、电化学工作站、氢气压力提升装置、水泵、水箱、散热器安装起来，达到控制电压电流进行大功率高压力测试电解槽的目的，将单体电解槽或者几片成组的电解槽安装在平台上。配以24V电源、可调直流稳压电源、电化学工作站和计量仪表，对测试过程进行记录和监控；氢气提升压力阀块上所安装的氢气过滤器填充有氢气过滤树脂，可将氢气中的水过滤出来，试验结束时进行吹扫，与氢气提升压力阀块相连接的压力安全阀提升了制氢电解槽的氢气压力，从而提高了制氢效率。本申请结构能实现对单个电解槽或多个电解槽串联的电解水制氢系统进行大功率测试，并通过电化学工作站对电解槽的交流阻抗进行测量。AEM电解槽电化学性能测试台用于测量自制和外来样品如膜电极、催化剂、气体扩散层、导流板等原材料在AEM(阴离子交换膜)电解槽的应用效果；直流稳压电源可为单片电解槽提供1.5～3V的直流电压和0～60A的电流，测量电解槽的功率；电化学工作站用于测量单片电解槽的交流阻抗和电压电流CV曲线。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图一；

图2为本实用新型结构示意图二；

图3为本实用新型结构示意图三；

图4为本实用新型操作面板结构示意图；

图5为本实用新型测试台工作流程图；

图6为本实用新型Nyquist曲线测量交流阻抗示意图。

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。

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”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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图6，本实用新型提供一种AEM电解槽电化学性能测试台，包括：操作台1、流量计5、数字控制压力表6、氢气提升压力阀块20、去离子器31，设置在操作台1上的电解槽2、散热器3、水箱4、氢气压力提升装置、水泵30；所述水箱4一端依次经水泵30、去离子器31、散热器3后与电解槽2的进水端连接；所述水箱4另一端还与电解槽2的出水端连接；

所述氢气压力提升装置包括氢气提升压力阀块20、分别与氢气提升压力阀块20连通的过滤机构和压力安全阀；所述数字控制压力表6安装在氢气提升压力阀块20上，可显示氢气提升压力阀块20内的压力；所述电解槽2的出氢气端与氢气提升压力阀块20连通后，氢气一路经过滤机构过滤后进行气体吹扫，另一路通过流量计5测定后排出；所述电解槽2可设为单片电解槽或多片电解槽；所述散热器3设置在水箱4后面；所述电解槽2置于水箱旁。

参照图4，所述AEM电解槽电化学性能测试台还包括直流稳压电源7、24V电源、操作面板9、电化学工作站8；所述直流稳压电源7、操作面板9设置在操作台1上，所述电化学工作站8设置在直流稳压电源7上方；所述操作面板9设置在操作台1前端，且置于直流稳压电源7旁。所述直流稳压电源7能为单片电解槽提供1.5～3V的直流电压和0～60A的电流，测量电解槽2的功率；所述电化学工作站8用于测量单片电解槽的交流阻抗和电压电流CV曲线。所述24V电源设置在操作面板后面，用于给测试台供电。所述操作面板9上设有温度表901、水泵开关902、散热开关903、进水管路接头905、氢气出口接头906、氧气出口接头907、24V电源开关904、氢气吹扫开关908；所述温度表901设置在操作面板9一侧，所述24V电源开关904和氢气吹扫开关908设置在操作面板9另一端；所述散热开关903和进水管路接头905依次设置在操作面板9上端；所述进水管路接头905、氢气出口接头906、氧气出口接头907依次设置在操作面板9下端；所述24V电源对应端分别与水泵开关902、散热开关903、24V电源开关904、氢气吹扫开关908电性连接；所述直流稳压电源7对应端与电解槽2对应端电性连接；所述散热开关903对应端还与散热器3的风扇对应端电性连接，用于控制散热器3的风扇开启或关闭；所述水泵开关902对应端与水泵30对应端电性连接，用于控制水泵30的开启或关闭。

参照图5，所述过滤机构包括过滤器21、与过滤器21连接的气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀22；所述过滤器21还与氢气提升压力阀块20连接，所述氢气吹扫开关908对应端与电磁阀22对应端电性连接，用于控制电磁阀22的开启或关闭，所述过滤器21填充有氢气过滤树脂，可将氢气中的水过滤出来，试验结束时进行吹扫。所述氢气提升压力阀块20的另一路连接有排气导管，所述流量计5安装在排气导管上；所述排气导管上还设有单向电磁阀56，该排气导管对应与氢气出口接头906连接。所述水箱4的进水口连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀44，该进水管还与进水管路接头905连通。所述水箱4的顶部设有气水分离机构，该气水分离机构包括气水分离器40、氧气手动阀41、氧气导管；所述气水分离器40一端与氧气导管连通，另一端与水箱4连通，所述氧气导管上还设有氧气手动阀41；所述氧气导管还与氧气出口接头907连通；所述氧气手动阀41在工作前打开，工作结束后关闭。所述水箱4与电解槽2通过一管子连通，该管子还与温度表901连接，用于测量电解槽2出水温度。电化学工作站8用于，测量单片电解槽的交流阻抗。如果电化学工作站8的最大工作电流比较大(例如≥60A)，可选择CV测试方法测量单片电解槽在不同电压下的电流数值曲线。本实施例中的氢气管路必须与储氢装置连接或通过管路排出到室外。氧气经水箱2氧水分离器分离后，可通过管路排空或室内直接排空。

本实施例中采用按钮控制的水泵加电、散热器加电、排氢电磁阀控制方式，但不限于手动操作，可在本案工作原理的基础上增加控制电路板或PLC装置，实现对测试过程的自动控制，数据采集、数据分析。

本实用新型工作原理如下：

(1)将鸭嘴夹所做的电源线夹在电解槽2正负取电板上，将循环水快速接头插在电解槽2端板的进水出水介质口上。将不锈钢管路的法兰盘接口与电解槽氢气介质口的法兰盘接口对接，以蝶形螺母将螺栓拧紧，打开所有手动阀门。

(2)开始测量时，按下“24V电源开关904”使24V电源工作；按下“水泵开关902”，使质量比0.2％的KOH水溶液循环起来。打开直流稳压电源7的电源开关，将直流稳压电源7的电压旋钮反时针旋到底，此时看到电源为0V。按下直流稳压电源7的输出按键，缓慢顺时针旋转电压旋钮，按照n×1.8V的标准(n为电解器片数)调节输出电压。电解槽2加电压10分钟后可根据要求缓慢调节电压旋钮增大或减小输出电压，使电流达到所要求的数值。

(3)测试过程中多次测量记录单体电解槽2的电压，与标准电解槽进行比对，若电压高于标准电解槽，说明新替换的原材料性能比标准电解槽差；若电压低于标准电解槽，说明新替换的原材料性能优于标准电解槽。这种测量方法可以在电解槽2中直观测量和比较不同催化剂、不同膜电极在全电解槽中的性能，避免三电极测试杯测试时片面强调催化剂起峰电位、交流阻抗、电流密度、寿命、成本等单一参数。

(4)当大功率长时间运行时，如果出水口水温高于60℃，则按下“散热开关903”，散热器3风扇启动，将水温降低。水温低于50℃时，断开“散热开关903”。

(5)结束试验时，将电压旋钮反时针旋转到底，断开直流稳压电源7输出按钮，此时直流稳压电源7显示的是电解槽2残余电压(原理如氢燃料电池)。等待1分钟后，多次间隙点动“氢气吹扫开关908”按钮，以释放电解槽2氢气压力和吹扫氢气过滤器21中所滤出的水分。待氢气没有压力后，断开“水泵开关902”、断开“24V电源开关904”，断开直流稳压电源7和电化学工作站8的电源开关，关闭所有手动阀门。

(6)电化学性能测试：采用电化学工作站的阻抗谱(EIS)测试方法，将工作电极接到电解水制氢设备阳极，参比电极和对电极接到阴极。1.26V电压下扫描从0.01Hz到105Hz，测量电解槽2工作电极在开路状态下的Nyquist曲线，扫描所得阻抗谱模拟图，阻抗谱高频区与X轴交点数值对应为电解水制氢过程中工作电极之间的交流阻抗。阻抗测试结果如图6所示，eis1213-1曲线与X轴交点所代表的单片电解槽交流阻抗为0.163Ωcm2，eis1213-2曲线与X轴交点所代表的交流阻抗为0.316Ωcm2。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，包括：操作台、数字控制压力表、流量计、去离子器，设置在操作台上的电解槽、散热器、水箱、氢气压力提升装置、水泵；

所述氢气压力提升装置包括氢气提升压力阀块、分别与氢气提升压力阀块连通的过滤机构和压力安全阀；所述数字控制压力表安装在氢气提升压力阀块上，用于显示氢气提升压力阀块内的压力；

2.根据权利要求1所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述AEM电解槽电化学性能测试台还包括直流稳压电源、24V电源、操作面板、电化学工作站；所述直流稳压电源、操作面板设置在操作台上，所述电化学工作站设置在直流稳压电源上方；所述操作面板设置在操作台前端，且置于直流稳压电源旁；所述24V电源设置在操作面板后面，用于给测试台供电。

3.根据权利要求2所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述操作面板上设有温度表、水泵开关、散热开关、进水管路接头、氢气出口接头、氧气出口接头、24V电源开关、氢气吹扫开关；所述24V电源对应端分别与水泵开关、散热开关、24V电源开关、氢气吹扫开关对应端电性连接；所述直流稳压电源对应端与电解槽对应端电性连接；

4.根据权利要求3所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述过滤机构包括过滤器、与过滤器连接的气体吹扫管、安装在气体吹扫管上的电磁阀；所述过滤器还与氢气提升压力阀块连接，所述氢气吹扫开关对应端与电磁阀对应端电性连接，用于控制电磁阀的开启或关闭。

5.根据权利要求3所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述氢气提升压力阀块的另一路连接有排气导管，所述流量计安装在排气导管上；所述排气导管上还设有单向电磁阀，该排气导管对应与氢气出口接头连通。

6.根据权利要求3所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述水箱的进水口连接有进水管，该进水管上安装有进水电磁阀，该进水管还与进水管路接头连通。

7.根据权利要求6所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述水箱的顶部设有气水分离机构，该气水分离机构包括气水分离器、氧气手动阀、氧气导管；所述气水分离器一端与氧气导管连通，另一端与水箱连通，所述氧气导管上还设有氧气手动阀；所述氧气导管还与氧气出口接头连通。

8.根据权利要求7所述的AEM电解槽电化学性能测试台，其特征在于，所述水箱与电解槽通过一管子连通，该管子还与温度表连接。