CN219059140U - Pem水电解槽的极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水电解技术领域，公开了一种PEM水电解槽的极板，包括板体，所述板体包括阳极面和阴极面，所述阳极面和所述阴极面分别设置于所述板体相对的两侧端面上，所述阳极面上设置有水氧流场，所述水氧流场的两端分别设置有水入口和水氧出口；所述阴极面上设置有氢气流场，所述氢气流场对应设置于所述水氧流场的背面；所述氢气流场的一端设置有氢气出口，所述氢气出口与所述水氧出口设置于所述板体的长度方向的同一端。将PEM水电解槽单独设置的阴极板和阳极板一体化，在保证了水电解过程的完整的情况下简化了装置的结构，缩小了装置的体积；另一方面也无需将阴极板和阳极板密封在一起，解决了密封失效的问题，保证了极板的耐久性。

Description

PEM水电解槽的极板

技术领域

本实用新型涉及水电解技术领域，特别是涉及一种PEM水电解槽的极板。

背景技术

PEM水电解槽以固体质子交换膜(PEM)为电解质，以纯水为反应物。由于PEM电解质氢气渗透率较低，产生的氢气纯度高，仅需脱除水蒸气，工艺简单，安全性高；电解槽采用零间距结构，欧姆电阻较低，显著提高电解过程的整体效率，且体积更为紧凑；压力调控范围大，氢气输出压力可达数兆帕，可适应快速变化的可再生能源电力输入。但是在一般的PEM水电解槽中，具有单独设置的阴极板和阳极板，流场也设置在单独的板体上，这种设置使得PEM水电解槽的体积较大，结构复杂，容易造成密封失效，影响极板耐久性和电解槽的电解效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种PEM水电解槽的极板，将PEM水电解槽单独设置的阴极板和阳极板一体化，在保证了水电解过程的完整的情况下简化了装置的结构，缩小了装置的体积；另一方面也无需将阴极板和阳极板密封在一起，解决了密封失效的问题，保证了极板的耐久性。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种PEM水电解槽的极板，包括板体，所述板体包括阳极面和阴极面，所述阳极面和所述阴极面分别设置于所述板体相对的两侧端面上，所述阳极面上设置有水氧流场，所述水氧流场的两端分别设置有水入口和水氧出口；所述阴极面上设置有氢气流场，所述氢气流场对应设置于所述水氧流场的背面；所述氢气流场的一端设置有氢气出口，所述氢气出口与所述水氧出口设置于所述板体的长度方向的同一端。

本实用新型实施例一种PEM水电解槽的极板与现有技术相比，其有益效果在于：极板包括一块板体，板体的正反两面分别设置为阳极面和阴极面，阳极面上设置有水氧流场，用于进行水的电解，水氧流场的两端分别设置有水入口和水氧出口，用于水氧流场的进水和氧气排出；阴极面上对应阳极面的位置设置有氢气流场，水在阳极电解后产生氧气和质子，氧气随着设置在阳极的水氧流场排出，质子通过质子交换膜后可进入阴极，并反应产生氢气，阴极面在氢气流场的一侧设置有氢气出口，用于氢气的排出。采用本极板后，将PEM水电解槽单独设置的阴极板和阳极板一体化，在保证了水电解过程的完整的情况下简化了装置的结构，缩小了装置的体积；另一方面也无需将阴极板和阳极板密封在一起，解决了密封失效的问题，保证了极板的耐久性。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述水入口设置有两个，两个所述水入口对称设置于所述板体宽度方向的两端。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述水入口、所述水氧出口和所述氢气出口处均设置有梳齿结构。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述水入口和所述水氧流传之间设置有第一导流槽，所述水氧出口和所述水氧流场之间设置有第二导流槽，所述氢气出口和所述氢气流场之间设置有第三导流槽。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述阳极面的边沿设置有围绕所述水氧流场、所述水入口和所述水氧出口的阳极密封槽。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述阴极面的边沿设置有围绕所述氢气流场和所述氢气出口的阴极密封槽。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述阳极面朝向所述板体的内侧凹陷形成所述水氧流场，所述水氧流场的最高面的高度与所述板体的高度之间的高度差为H1，H1的范围是0.2mm－0.8mm。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述阴极面朝向所述板体的内侧凹陷形成所述氢气流场，所述氢气流场的最高面的高度与所述板体的高度之间的高度差为H2，H2的范围是0.2mm－0.8mm。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，所述板体的边沿上均匀分布有多个紧固口。

本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板，两个所述水入口之间设置有所述紧固口，所述氢气出口和所述水氧出口之间也设置有所述紧固口。

本实用新型的附加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

图1是本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板的阳极面的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的PEM水电解槽的极板的阴极面的结构示意图；

图中，1、板体；11、阳极面；12、阴极面；2、水氧流场；3、水入口；31、第一导流槽；4、水氧出口；41、第二导流槽；5、氢气流场；6、氢气出口；61、第三导流槽；7、阳极密封槽；8、阴极密封槽；9、紧固口；10、缺口。

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，仅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，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，本实用新型优选实施例的一种PEM水电解槽的极板，包括板体1，板体1设置为扁平的长方体形状，板体1的上下两侧端面分别设置为阳极面11和阴极面12，阳极面11上设置有水氧流场2，用于进行水的电解，水氧流场2的两端分别设置有水入口3和水氧出口4，用于水氧流场2的进水和氧气排出；阴极面12上设置有氢气流场5，水在阳极电解后产生氧气和质子，氧气随着设置在阳极的水氧流场2排出，质子通过质子交换膜后可进入阴极，并反应产生氢气。氢气流场5对应设置于水氧流场2的背面；氢气流场5的一端设置有氢气出口6，氢气流场5中的氢气通过氢气出口6排出；氢气出口6与水氧出口4设置于板体1的长度方向的同一端，具体地，氢气出口6和水氧出口4对称设置于板体1的宽度方向的两端。采用本极板后，将PEM水电解槽单独设置的阴极板和阳极板一体化，在保证了水电解过程的完整的情况下简化了装置的结构，缩小了装置的体积；另一方面也无需将阴极板和阳极板密封在一起，解决了密封失效的问题，保证了极板的耐久性。

如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，水入口3设置有两个，两个水入口3均设置于水氧流场2的同一侧，两个水入口3对称设置于板体1宽度方向的两端，可以提高流入水氧流场2的水的均一性，使水可在流场中较为均匀的流动，保证了电解效率。

在本实用新型的一些实施例中，水入口3、水氧出口4和氢气出口6处均设置有梳齿结构，设置梳齿结构可增强水入口3、水氧出口4和氢气出口6处的强度，防止水入口3、水氧出口4和氢气出口6发生破损或塌陷；具体地，梳齿结构包括多根用于支撑的齿条。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，水入口3和水氧流传之间设置有第一导流槽31，水氧出口4和水氧流场2之间设置有第二导流槽41，氢气出口6和氢气流场5之间设置有第三导流槽61，第一导流槽31、第二导流槽41和第三导流槽61的用处是增加流体的流动均匀性，防止出现流体流动死角，使流体在水入口3、水氧出口4和氢气出口6处的流动顺畅。具体地，第一导流槽31、第二导流槽41和第三导流槽61均包括多个槽板，槽板之间平行设置，流体在槽板之间流过，受到槽板的引导流向正确的方向。

如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，阳极面11的边沿设置有围绕水氧流场2、水入口3和水氧出口4的阳极密封槽7，阳极密封槽7与阳极面11上方的水电解槽的其它部件配合，使水入口3、水氧流场2和水氧出口4形成密封条件，防止受到外部干扰。进一步的，阳极密封槽7包括多条槽体，通过多道槽体进行密封，进一步加强了阳极密封槽7的密封能力。

如图2所示，在本实用新型的一些实施例中，阴极面12的边沿设置有围绕氢气流场5和氢气出口6的阴极密封槽8，阴极密封槽8与阴极面12下方的水电解槽的其它部件配合，使氢气流场5和氢气出口6形成密封条件，防止受到外部干扰。进一步的，阴极密封槽8包括多条槽体，通过多道槽体进行密封，进一步加强了阴极密封槽8的密封能力。优选地，阴极密封槽8和阳极密封槽7的位置对应，开设在极板的两端的同一位置处，使得极板1受到密封件挤压时，极板1d两侧受力更加均匀，防止极板1的变形导致极板1受损和密封失效。

在本实用新型的一些实施例中，阳极面11朝向板体1的内侧凹陷形成水氧流场2，凹陷形成的空腔中用于嵌入阳极扩散层。水氧流场2的最高面的高度与板体1的高度之间的高度差为H1，H1的范围是0.2mm－0.8mm，与阳极扩散层的尺寸配合，便于阳极扩散层的嵌入。优选地，H1为0.4mm。

在本实用新型的一些实施例中，阴极面12朝向板体1的内侧凹陷形成氢气流场5，凹陷形成的空腔中用于嵌入阴极扩散层。氢气流场5的最高面的高度与板体1的高度之间的高度差为H2，H2的范围是0.2mm－0.8mm，与阴极扩散层的尺寸配合，便于阴极扩散层的嵌入。优选地，H2为0.4mm。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，板体1的边沿上均匀分布有多个紧固口9，紧固口9之间的距离相等，紧固口9用于将极板固定于水电解槽中。优选地，紧固口9内设置有螺纹，通过螺杆将极板固定于水电解槽上，使极板与其它部件固定牢靠，保证了阳极密封槽7和阴极密封槽8的密封效果。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，两个水入口3之间设置有紧固口9，保证了两个入水口之间的密封效果；氢气出口6和水氧出口4之间也设置有紧固口9，保证了氢气出口6和水氧出口4之间的密封效果。

如图1和图2所示，在本实用新型的一些实施例中，板体1的边沿还设置有缺口10，缺口10属于防呆结构，便于在安装时确认极板的安装方向正确。

本实用新型的工作过程为：极板包括一块板体1，板体1的正反两面分别设置为阳极面11和阴极面12，阳极面11上设置有水氧流场2，用于进行水的电解，水氧流场2的两端分别设置有水入口3和水氧出口4，用于水氧流场2的进水和氧气排出；阴极面12上对应阳极面11的位置设置有氢气流场5，水在阳极电解后产生氧气和质子，氧气随着设置在阳极的水氧流场2排出，质子通过质子交换膜后可进入阴极，并反应产生氢气。阴极面12在氢气流场5的一侧设置有氢气出口6，用于氢气的排出。

综上，本实用新型实施例提供一种PEM水电解槽的极板，其将PEM水电解槽单独设置的阴极板和阳极板一体化，在保证了水电解过程的完整的情况下简化了装置的结构，缩小了装置的体积；另一方面也无需将阴极板和阳极板密封在一起，解决了密封失效的问题，保证了极板的耐久性。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种PEM水电解槽的极板，其特征在于：包括板体，所述板体包括阳极面和阴极面，所述阳极面和所述阴极面分别设置于所述板体相对的两侧端面上，所述阳极面上设置有水氧流场，所述水氧流场的两端分别设置有水入口和水氧出口；所述阴极面上设置有氢气流场，所述氢气流场对应设置于所述水氧流场的背面；所述氢气流场的一端设置有氢气出口，所述氢气出口与所述水氧出口设置于所述板体的长度方向的同一端。

2.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述水入口设置有两个，两个所述水入口对称设置于所述板体宽度方向的两端。

3.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述水入口、所述水氧出口和所述氢气出口处均设置有梳齿结构。

4.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述水入口和所述水氧流传之间设置有第一导流槽，所述水氧出口和所述水氧流场之间设置有第二导流槽，所述氢气出口和所述氢气流场之间设置有第三导流槽。

5.根据权利要求1或2所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述阳极面的边沿设置有围绕所述水氧流场、所述水入口和所述水氧出口的阳极密封槽。

6.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述阴极面的边沿设置有围绕所述氢气流场和所述氢气出口的阴极密封槽。

7.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述阳极面朝向所述板体的内侧凹陷形成所述水氧流场，所述水氧流场的最高面的高度与所述板体的高度之间的高度差为H1，H1的范围是0.2mm－0.8mm。

8.根据权利要求1所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述阴极面朝向所述板体的内侧凹陷形成所述氢气流场，所述氢气流场的最高面的高度与所述板体的高度之间的高度差为H2，H2的范围是0.2mm－0.8mm。

9.根据权利要求2所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：所述板体的边沿上均匀分布有多个紧固口。

10.根据权利要求9所述的PEM水电解槽的极板，其特征在于：两个所述水入口之间设置有所述紧固口，所述氢气出口和所述水氧出口之间也设置有所述紧固口。

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