CN219174633U - 一种aem电解水制氢阴极内流道导气结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，包括：多层镍网、压制在多层镍网上的导孔模具；所述导孔模具包括叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具，该叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具分别压制在多层镍网上后抽出，在多层镍网上形成叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽。本实用新型与传统的电解槽不同，没有流道设计仅通过多层镍网内置导气通道方式实现气体传输。在不增加催化剂面积的情况下，有效提高了电极性能。采用内流道结构减少了金属极板的加工难度，降低了生产成本。

Description

一种AEM电解水制氢阴极内流道导气结构

技术领域

本实用新型涉及阴离子膜电解水制氢技术领域，特别涉及一种AEM电解水制氢阴极内流道导气结构。

背景技术

AEM(阴离子交换膜)碱性电解水制氢是以聚合物阴离子膜为电解质，以NiCoFe-LDH或NiCoFe-磷化物为电催化剂，完成电解水并产出氢气和氧气，并以带有气体流动通道的镍板或表面改性的金属为极板，其中电极由多孔的扩散层和催化剂层组成。电解水在三相界面发生，由此可知气体扩散层在电极中不仅起着支撑催化剂层、稳定电极结构的作用，还具备为电极反应提供气体通道、电子通道和供水通道的多种功能。设计具有内流道结构的气体扩散层材料有利于三相界面优化与构建改善电极的综合性能，结构特性满足以下要求：

1.定向导气不影响水的传输、电子的传输；

2.均匀的多孔质结构，透气性能好，导管结构气阻低；

3.电阻率低，电子传导能力强；

4.结构紧密且表面平整，减小接触电阻，提高导电性能；

5.具有一定的机械强度，适当的刚性与柔性，利于电极的制作，提供长期操作条件下电极结构的稳定性；

6.适当的亲水/憎水平衡，防止过多的水分阻塞孔隙而导致气体透过性能下降；

7.具有化学稳定性和热稳定性；

8.制造成本低，性能/价格比高。

传统的电解槽都设有导气流道结构，一方面增大了电解槽尺寸，另一方面，流道脊承受压力较大会影响电解质的扩散，流道槽的部分电子传输受阻也会影响电解的速率。

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电解水制氢阴极内流道导气结构。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

本实用新型提供一种AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，包括：多层镍网、压制在多层镍网上的导孔模具；

所述导孔模具包括叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具，该叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具分别压制在多层镍网上后抽出，在多层镍网上形成叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽。

优选的，所述多层镍网通过5-12层镍网叠压组成，且每层镍网的厚度均为1-2mm。

优选的，所述叶脉状内流道导气槽包括主导气槽一、与主导气槽一连接的若干侧枝导气槽。

优选的，所述主导气槽一、若干侧枝导气槽的导气孔相同，且均为0.4-1mm，或，主导气槽一从底部到顶部的导气孔直径由小变大，且范围为0.1-2mm，若干侧枝导气槽的导气孔内径从底部到顶部逐渐变大，且范围为0.1-1.2mm。

优选的，所述矩阵内流道导气槽包括主导气槽二、与主导气槽二垂直设置的两支导气槽一、与每一支导气槽一垂直且与主导气槽二平行的若干支导气槽三。

优选的，所述主导气槽二、两支导气槽一、若干支导气槽三的直径均为0.4-1mm。

优选的，所述汇流内流道导气槽包括主导气槽三、与主导气槽三垂直连接的多个支导气槽四。

优选的，所述主导气槽三、多个支导气槽四的直径均为0.4-1mm。

优选的，所述凸点全联通内流道导气槽的凸点均布在多层镍网上且凸点全连通。

优选的，所述凸点的直径ф为2mm-6mm，深度0.1mm-0.3mm。

采用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：

本实用新型与传统的电解槽不同，没有流道设计仅通过多层镍网内置导气通道方式实现气体传输。在不增加催化剂面积的情况下，有效提高了电极性能。采用内流道结构减少了金属极板的加工难度，降低了生产成本。由于镍网是弹性材料，采用多层镍网的组合使得催化层与阴离子膜接触更充分，提高了催化活性。利用多层镍网结构，在镍网中设计叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽和镍网组合结构，为阴极在提供催化剂支撑的同时形成其他扩散通道。

附图说明

图1为本实用新型导孔模具与多层镍网压制示意图；

图2为本实用新型叶脉状内流道导气槽示意图一；

图3为本实用新型叶脉状内流道导气槽示意图二；

图4为本实用新型矩阵导孔模具示意图；

图5为本实用新型汇流导孔模具示意图；

图6为本实用新型凸点全联通内流道导气槽示意图。

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电解水制氢阴极内流道导气结构，包括：多层镍网1、压制在多层镍1网上的导孔模具；

所述导孔模具包括叶脉状导孔模具2、矩阵导孔模具3、汇流导孔模具4、凸点全联通导孔模具，该叶脉状导孔模具2、矩阵导孔模具3、汇流导孔模具4、凸点全联通导孔模具分别压制在多层镍网上后抽出，在多层镍网上形成叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽5。所述多层镍1网通过5-12层镍网叠压组成，且每层镍网的厚度均为1-2mm。

参照图1至图3，所述叶脉状内流道导气槽包括主导气槽一201、与主导气槽一连接的若干侧枝导气槽202；参照图2，所述主导气槽一201、若干侧枝导气槽202的导气孔相同，且均为0.4-1mm，或，参照图3，主导气槽一203从底部到顶部的导气孔直径由小变大，且范围为0.1-2mm，若干侧枝导气槽204的导气孔内径从底部到顶部逐渐变大，且范围为0.1-1.2mm，有利于收集气体并低阻力排出电解池。

参照图4，所述矩阵内流道导气槽包括主导气槽二301、与主导气槽二301垂直设置的两支导气槽一302、与每一支导气槽一302垂直且与主导气槽二平行的若干支导气槽三303；所述主导气槽二301、两支导气槽一302、若干支导气槽三303的直径均为0.4-1mm。

参照图5，所述汇流内流道导气槽包括主导气槽三401、与主导气槽三401垂直连接的多个支导气槽四402；所述主导气槽三401、多个支导气槽四402的直径均为0.4-1mm。

参照图6，所述凸点全联通内流道导气槽5的凸点均布在多层镍1上且凸点501全连通，有利于就近收集电解生成的气体并无阻力的将气体输送到电解池外，另外由于凸点结构，有利于电解池实现均压，可以有效的降低电解槽接触内阻。所述凸点的直径ф为2mm-6mm，深度0.1mm-0.3mm。

本实用新型与传统的电解槽不同，没有流道设计仅通过多层镍网内置导气通道方式实现气体传输。在不增加催化剂面积的情况下，有效提高了电极性能。采用内流道结构减少了金属极板的加工难度，降低了生产成本。由于镍网是弹性材料，采用多层镍网的组合使得催化层与阴离子膜接触更充分，提高了催化活性。利用多层镍网结构，在镍网中设计叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽和镍网组合结构，为阴极在提供催化剂支撑的同时形成其他扩散通道。

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 (10)

1.一种AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，包括：

多层镍网、压制在多层镍网上的导孔模具；

所述导孔模具包括叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具，该叶脉状导孔模具、矩阵导孔模具、汇流导孔模具、凸点全联通导孔模具分别压制在多层镍网上后抽出，在多层镍网上形成叶脉状内流道导气槽、矩阵内流道导气槽、汇流内流道导气槽、凸点全联通内流道导气槽。

2.根据权利要求1所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述多层镍网通过5-12层镍网叠压组成，且每层镍网的厚度均为1-2mm。

3.根据权利要求1所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述叶脉状内流道导气槽包括主导气槽一、与主导气槽一连接的若干侧枝导气槽。

4.根据权利要求3所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述主导气槽一、若干侧枝导气槽的导气孔相同，且均为0.4-1mm，或，主导气槽一从底部到顶部的导气孔直径由小变大，且范围为0.1-2mm，若干侧枝导气槽的导气孔内径从底部到顶部逐渐变大，且范围为0.1-1.2mm。

5.根据权利要求1所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述矩阵内流道导气槽包括主导气槽二、与主导气槽二垂直设置的两支导气槽一、与每一支导气槽一垂直且与主导气槽二平行的若干支导气槽三。

6.根据权利要求5所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述主导气槽二、两支导气槽一、若干支导气槽三的直径均为0.4-1mm。

7.根据权利要求1所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述汇流内流道导气槽包括主导气槽三、与主导气槽三垂直连接的多个支导气槽四。

8.根据权利要求7所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述主导气槽三、多个支导气槽四的直径均为0.4-1mm。

9.根据权利要求1所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述凸点全联通内流道导气槽的凸点均布在多层镍网上且凸点全连通。

10.根据权利要求9所述的AEM电解水制氢阴极内流道导气结构，其特征在于，所述凸点的直径ф为2mm-6mm，深度为0.1mm-0.3mm。

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