CN219315100U - 电解槽极板和电解槽 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电解槽极板和电解槽，所述电解槽极板包括相对布置的阳极板和阴极板，所述阳极板包括第一主体和多个第一凸起结构，多个所述第一凸起结构间隔均匀地布置在所述第一主体上并且从所述第一主体背离所述阴极板凸出；所述阴极板包括第二主体和多个第二凸起结构，多个所述第二凸起结构间隔均匀地布置在所述第二主体上并且从所述第二主体背离所述阳极板凸出。通过上述技术方案，本公开提供的电解槽极板和电解槽能够提高制氢效率，并且降低能耗。

Description

电解槽极板和电解槽

技术领域

本公开涉及水电解制氢技术领域，具体地，涉及一种电解槽极板和电解槽。

背景技术

氢能具有环保、可储存、可再生的优点，水电解制氢方法是实现大规模、低成本地生产氢气的重要途径，近年来随着氢能的发展，逐渐成为市场需求的主体。对于水电解制氢，产气量通常受到电解槽内电流密度的制约，电流密度越大，产气量越大，产氢效率越高，因而在电解槽组装过程中极板与电极的接触点越多，电阻越小，越有利于提高电流密度；同时，极板与电极之间的流道特征会影响电解液的流动，继而影响到电解小室的温度分布，当流速不均时，电解小室内温度差异大，制氢所需能耗增加。

传统水电解制氢多采用双极压滤型电解槽，极板为平板式结构，表面积小，极间距大，耗能高。相关技术中，例如公开号为CN211972465U公开了一种水电解槽极板，由主极板和极框连接而成，所述的主极板两侧面上分布有若干乳头状凸起，用以增加电流在电解槽内的传输效率，并为电解液提供扩散通道，但是，该极板由于乳突状凹凸结构的凸起结构之间排布距离较大，分布密度较小，导致与极板与极网之间的接触点少，无法有效降低两者之间的传质电阻，另一方面对电解液的扰流作用较小，横向分液效果有限，电解液在极板中心区域的流速大于在极板边缘处的流速，速度梯度过大，在运行过程中使得电解槽小室内温度分布不均，增加了所需能耗。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种电解槽极板和电解槽，该电解槽极板能够提高制氢效率，并且降低能耗。

为了实现上述目的，本公开提供一种电解槽极板，所述电解槽极板包括相对布置的阳极板和阴极板，所述阳极板包括第一主体和多个第一凸起结构，多个所述第一凸起结构间隔均匀地布置在所述第一主体上并且从所述第一主体背离所述阴极板凸出；所述阴极板包括第二主体和多个第二凸起结构，多个所述第二凸起结构间隔均匀地布置在所述第二主体上并且从所述第二主体背离所述阳极板凸出。

可选地，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构分别构造为球状或水滴状。

可选地，所述第一凸起结构凸出于所述第一主体的高度为2mm～5.5mm；所述第二凸起结构凸出于所述第二主体的高度为2mm～5.5mm。

可选地，任意相邻的两个所述第一凸起结构之间间隔5mm～30mm；任意相邻的两个所述第二凸起结构之间间隔5mm～30mm。

可选地，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构一一位置对应的布置，或者，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构相互错位布置。

可选地，所述阳极板和所述阴极板之间形成有通道，并且所述阳极板和所述阴极板中的一者设置有至少一个第一通孔，所述第一通孔与所述通道相连通。

可选地，所述第一通孔靠近所述阳极板或阴极板的边缘部布置。

可选地，所述阳极板和所述阴极板分别通过冲压成型。

在上述方案的基础上，本公开还提供一种电解槽，所述电解槽包括多个极框和上述的电解槽极板，所述阳极板的边缘部和所述阴极板的边缘部分别焊接在所述极框上。

可选地，所述极框包括本体和安装台，所述安装台形成在所述本体的内壁上并且背离所述本体凸起，所述安装台构造为凸字形，所述阳极板和所述阴极板分别焊接于所述安装台上并且通过所述安装台相互间隔开。

可选地，所述电解槽还包括隔膜、阳极网和阴极网，所述阳极网和所述阴极网分别设置在所述隔膜相对的两侧并且与所述隔膜相互贴合，所述阳极板与所述隔膜之间形成为第一小室，并且所述阳极板上的第一凸起结构与所述阳极网接触，所述阴极板与所述隔膜之间形成为第二小室，所述阴极板上的第二凸起结构与所述阴极网接触。

可选地，所述极框设置有电解液入口和径向流道孔，所述第一小室和所述第二小室分别通过所述径向流道孔与所述第二通孔连通，以用于供电解液流入所述第一小室和所述第二小室中。

可选地，所述阳极板和所述阴极板之间形成有通道，并且所述阳极板和所述阴极板中的一者设置有至少一个第一通孔，所述第一通孔靠近所述电解液入口布置，所述通道通过所述第一通孔与所述第一小室或所述第二小室连通。

可选地，所述电解槽包括密封圈，任意相邻两个所述极框之间通过所述密封圈密封。

通过上述技术方案，在本公开提供的电解槽极板中，阳极板和阴极板相对布置，并且，阳极板上设置有多个背离阴极板凸出的第一凸起结构，阴极板上设置有多个背离阳极板凸出的第二凸起结构，当该电解槽极板工作时，阳极板和阴极板的两侧分别设置有极网，由此第一凸起结构和第二凸起结构即在一定程度上减小了阳极板和阴极板与其两侧极网之间的传质电阻，减小了制氢能耗。此外，该第一凸起结构和第二凸起结构的数量具有多个并且分别均匀地布置在阳极板和阴极板上，便于电解液通入时提供较好、较均匀的扰流作用，使得电解液在阳极板和阴极板表面均匀扩散，保证电解槽内电解制氢反应的温度均匀，提高制氢效率。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的电解槽的部分剖面示意图；

图2是本公开实施例提供的电解槽极板和极框的部分剖面示意图；

图3是本公开实施例提供的电解槽极板和极框的结构示意图。

附图标记说明

1-阳极板；11-第一主体；120-通道；121-第一通孔；12-第一凸起结构；2-阴极板；21-第二主体；22-第二凸起结构；3-极框；31-本体；32-安装台；33-第二通孔；34-电解液入口；35-径向流道孔；4-隔膜；5-阳极网；51-第一小室；6-阴极网；61-第二小室；7-密封圈。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，本公开所使用的术语“第一”、“第二”等是为了区分一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。此外，在下面的描述中，当涉及到附图时，除非另有解释，不同的附图中相同的附图标记表示相同或相似的要素。上述定义仅用于解释和说明本公开，不应当理解为对本公开的限制。

根据本公开的具体实施方式，参考图1至图3中所示，提供一种电解槽极板，该电解槽极板包括相对布置的阳极板1和阴极板2，阳极板1包括第一主体11和多个第一凸起结构12，多个第一凸起结构12间隔均匀地布置在第一主体11上并且从第一主体11背离阴极板2凸出；阴极板2包括第二主体21和多个第二凸起结构22，多个第二凸起结构22间隔均匀地布置在第二主体21上并且从第二主体21背离阳极板1凸出。

通过上述技术方案，在本公开提供的电解槽极板中，阳极板1和阴极板2相对布置，并且，阳极板1上设置有多个背离阴极板2凸出的第一凸起结构12，阴极板2上设置有多个背离阳极板1凸出的第二凸起结构22，当该电解槽极板工作时，阳极板1和阴极板2的两侧分别设置有极网，由此第一凸起结构12和第二凸起结构22即在一定程度上减小了阳极板1和阴极板2与其两侧极网之间的传质电阻，减小了制氢能耗。此外，该第一凸起结构12和第二凸起结构22的数量具有多个并且分别均匀地布置在阳极板1和阴极板2上，便于电解液通入时提供较好、较均匀的扰流作用，使得电解液在阳极板1和阴极板2表面均匀扩散，保证电解槽内电解制氢反应的温度均匀，提高制氢效率。

其中，第一凸起结构12和第二凸起结构22可以构造为任意合适的形状构造，本公开对此不作具体限制。在本公开提供的一种示例性实施例中，参考图1中所示，第一凸起结构12和第二凸起结构22分别可以构造为球状或水滴状，当电解液通入电解槽内，在该电解槽极板上进行扩散时以其通入时的纵向流动为主，第一凸起结构12和第二凸起结构22能够起到一定的扰流作用，使得电解液的纵向流动方向发生改变，朝向该第一凸起结构12和第二凸起结构22的两侧流动，由此逐渐于阳极板1和阴极板2的表面均匀扩散。在其它一些实施方式中，第一凸起结构12和第二凸起结构22也可以构造为圆台状、锥台状等，同样可以达到使电解液在阳极板1和阴极板2表面均匀扩散的目的。

在本公开提供的电解槽极板中，第一凸起结构12凸出于第一主体11的高度可以根据电解槽的规格以及尺寸的不同，构造为任意合适的大小。在本公开提供的一种示例性实施例中，第一凸起结构12凸出于第一主体11的高度可以为2mm～5.5mm，例如2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm等，本公开对此不作具体限制。

同样地，第二凸起结构22凸出于第二主体21的高度也可以根据电解槽的规格以及尺寸的不同，构造为任意合适的大小。在本公开提供的一种示例性实施例中，第二凸起结构22凸出于第二主体21的高度可以为2mm～5.5mm，例如2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm等，本公开对此不作具体限制。

在本公开提供的电解槽极板中，任意相邻的两个第一凸起结构12之间可以间隔任意合适的大小，在本公开提供的一种示例性实施例中，任意相邻的两个第一凸起结构12之间可以间隔5mm～30mm，例如8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等，本公开对此不作具体限制。

同样地，任意相邻的两个所述第二凸起结构22之间也可以间隔任意合适的大小，在本公开提供的一种示例性实施例中，任意相邻的两个所述第二凸起结构22之间可以间隔5mm～30mm，例如8mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm等，本公开对此不作具体限制。

在本公开提供的电解槽极板中，第一凸起结构12和第二凸起结构22可以一一位置对应的布置，或者，第一凸起结构12和第二凸起结构22可以相互错位布置，并且该错位位置可以是任意合适的位置，本公开对此不作具体限制。在本公开提供的一种示例性实施例中，参考图1中所示，第一凸起结构12和第二凸起结构22可以一一位置对应的布置，以形成有多个容纳电解液的腔室，此外，阳极板1和阴极板2之间可以形成有通道120，并且阳极板1和阴极板2中的一者可以设置有至少一个第一通孔121，第一通孔121可以与通道120相连通，这样，当电解液通过第一通孔121流入通道120并进一步充满该腔室时，能够平衡阳极板1和阴极板2两侧以及通道120内的压力，也就是说，能够平衡第一小室51、第二小室61与通道120之间的压力，避免第一凸起结构12和第二凸起结构22出现变形或者损坏的情况。其中，第一通孔121可以根据电解槽的规格以及尺寸的不同，构造为任意合适的数量，本公开对此不作具体限制。

在本公开提供的电解槽极板中，作为一种示例性实施例，第一通孔121可以靠近所述阳极板1或阴极板2的边缘部布置，这样能够避免阳极板1设置有第一凸起结构12的一侧以及阴极板2设置有第二凸起结构22的一侧发生电解反应时，产生的气体通过第一通孔121进入通道120内无法排出的情况。优选地，第一通孔可以设置在阳极板1上。

在本公开提供的电解槽极板中，作为一种示例性实施例，阳极板1和阴极板2可以分别通过冲压成型，采用冲压成型能够在一定程度上保证阳极板1和阴极板2的尺寸、质量稳定，并且具有较好的整体性。

在上述技术方案的基础上，本公开还提供一种电解槽，该电解槽包括多个极框3和上述的电解槽极板，阳极板1的边缘部和阴极板2的边缘部可以分别焊接在极框3上，在其它一些实施方式中，阳极板1的边缘部和阴极板2的边缘部也可以通过粘接、一体成型等方式与极框3固定在一起，本公开对此不作具体限制。

其中，参考图2至图3中所示，极框3可以包括本体31和安装台32，安装台32可以形成在本体31的内壁上并且可以背离本体31凸起，安装台32可以构造为凸字形，阳极板1和阴极板2可以分别焊接于安装台32上并且可以通过安装台32相互间隔开。

在本公开提供的电解槽中，作为一种示例性实施例，参考图1中所示，电解槽还可以包括隔膜4、阳极网5和阴极网6，阳极网5和阴极网6可以分别设置在隔膜4相对的两侧并且可以与隔膜4相互贴合，阳极板1与隔膜4之间可以形成为第一小室51，并且阳极板1上的第一凸起结构12可以与阳极网5接触，由此，能够降低阳极板1与阳极网5之间的传质电阻，提高电流在两者之间的传递效率，增大电流密度，进而在提高制氢效率的同时又降低了反应能耗。同样的，阴极板2与隔膜4之间可以形成为第二小室61，阴极板2上的第二凸起结构22可以与阴极网6接触，由此，能够降低阴极板2与阴极网6之间的传质电阻，提高电流在两者之间的传递效率，增大电流密度，进而在提高制氢效率的同时又降低了反应能耗。

在本公开提供的电解槽中，作为一种示例性实施例，参考图3中所示，极框3可以设置有电解液入口34和径向流道孔35，第一小室51和第二小室61可以分别通过径向流道孔35与电解液入口34连通，以用于供电解液流入第一小室51和第二小室61中，其中第一小室51和第二小室61相互隔绝，产生不同的气体，并通过不同的排气口排出以进行收集，由于本公开不涉及对此的改进，故在此不作赘述。

在本公开提供的电解槽中，作为一种示例性实施例，阳极板1和阴极板2之间可以形成有通道120，并且阳极板1和阴极板2中的一者可以设置有至少一个第一通孔121，第一通孔121可以靠近电解液入口34布置，通道120可以通过第一通孔121与第一小室51或第二小室61连通，这样，当电解液由电解液入口34进入第一小室51或者第二小室61时，能够由第一通孔121进入阳极板1和阴极板2之间的通道120中，以用于平衡阳极板1和阴极板2两侧以及通道120内的压力，也就是说，能够平衡第一小室51、第二小室61与通道120之间的压力。

此外，极框还可以开设有第二通孔33，电解液由第二通孔33通入，流通至电解液入口34并经由径向流道孔35进入第一小室51或第二小室61内，再通过第一通孔121流入阳极板1和阴极板2之间的通道中，其中，第二通孔33、电解液入口34以及相应的径向流道孔35的数量可以根据电解槽的规格以及尺寸的不同，构造为任意合适的数量，本公开对此不作具体限制。

在本公开提供的电解槽极板中，隔膜4以及贴合在隔膜4两侧的阳极网5和阴极网6可以任意合适的方式固定在极框3上，作为一种示例性实施例，参考图1中所示，隔膜4、阳极网5和阴极网6可以直接通过焊接或粘接等方式直接固定在极框3上，在其它一些实施方式中，隔膜4以及贴合在隔膜4两侧的阳极网5和阴极网6也可以通过夹持件固定在两个极框3中间，本公开对此不作具体限制。

此外，电解槽还可以包括密封圈7，任意相邻两个极框3之间可以通过密封圈7密封，电解槽通常采用多个极框3并列设置并且两端由端压板进行压紧，密封圈7能够为相邻两个极框3提供一定的缓冲力，并且在一定程度上保证了电解槽结构的密封性，由于本公开不涉及对此的改进，故在此不作多余赘述。

综上，在本公开提供的电解槽极板和电解槽中，阳极板1和阴极板2分别固定在极框3上，电解槽由多个极框3并列组成，并且相邻两个极框3之间设置有隔膜4，隔膜4的两侧分别贴合有阳极网5和阴极网6。其中，相邻两个极框3中一者的阳极板1与隔膜4贴合有阳极网5的一侧共同形成有第一小室51，并且第一凸起结构12与阳极网5接触，同样地，相邻两个极框3中的另一者的阴极板2与隔膜4贴合有阴极网6的一侧共同形成有第二小室61，并且第二凸起结构22与阴极网6接触，这样，能够降低阳极板1与阳极网5以及阴极板2与阴极网6之间的传质电阻，提高了制氢效率的同时降低了反应能耗。该电解槽在使用时，电解液由电解液入口34通过径向流道孔35进入第一小室51或者第二小室61，在第一凸起结构12和第二凸起结构22的扰流作用下均匀地扩散，并分别在第一小室51和第二小室61发生电解反应以产生氢气和氧气，经由不同的排气口进行排出收集。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (14)

1.一种电解槽极板，其特征在于，所述电解槽极板包括相对布置的阳极板和阴极板，

所述阳极板包括第一主体和多个第一凸起结构，多个所述第一凸起结构间隔均匀地布置在所述第一主体上并且从所述第一主体背离所述阴极板凸出；

所述阴极板包括第二主体和多个第二凸起结构，多个所述第二凸起结构间隔均匀地布置在所述第二主体上并且从所述第二主体背离所述阳极板凸出。

2.根据权利要求1所述的电解槽极板，其特征在于，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构分别构造为球状或水滴状。

3.根据权利要求1所述的电解槽极板，其特征在于，所述第一凸起结构凸出于所述第一主体的高度为2mm～5.5mm；

所述第二凸起结构凸出于所述第二主体的高度为2mm～5.5mm。

4.根据权利要求1所述的电解槽极板，其特征在于，任意相邻的两个所述第一凸起结构之间间隔5mm～30mm；

任意相邻的两个所述第二凸起结构之间间隔5mm～30mm。

5.根据权利要求1所述的电解槽极板，其特征在于，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构一一位置对应的布置，或者，所述第一凸起结构和所述第二凸起结构相互错位布置。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电解槽极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板之间形成有通道，并且所述阳极板和所述阴极板中的一者设置有至少一个第一通孔，所述第一通孔与所述通道相连通。

7.根据权利要求6所述的电解槽极板，其特征在于，所述第一通孔靠近所述阳极板或阴极板的边缘部布置。

8.根据权利要求1所述的电解槽极板，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板分别通过冲压成型。

9.一种电解槽，其特征在于，所述电解槽包括多个极框和根据权利要求1-8中任一所述的电解槽极板，所述阳极板的边缘部和所述阴极板的边缘部分别焊接在所述极框上。

10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述极框包括本体和安装台，所述安装台形成在所述本体的内壁上并且背离所述本体凸起，所述安装台构造为凸字形，所述阳极板和所述阴极板分别焊接于所述安装台上并且通过所述安装台相互间隔开。

11.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述电解槽还包括隔膜、阳极网和阴极网，所述阳极网和所述阴极网分别设置在所述隔膜相对的两侧并且与所述隔膜相互贴合，所述阳极板与所述隔膜之间形成为第一小室，并且所述阳极板上的第一凸起结构与所述阳极网接触，所述阴极板与所述隔膜之间形成为第二小室，所述阴极板上的第二凸起结构与所述阴极网接触。

12.根据权利要求11所述的电解槽，其特征在于，所述极框设置有电解液入口和径向流道孔，所述第一小室和所述第二小室分别通过所述径向流道孔与所述电解液入口连通，以用于供电解液流入所述第一小室和所述第二小室中。

13.根据权利要求12所述的电解槽，其特征在于，所述阳极板和所述阴极板之间形成有通道，并且所述阳极板和所述阴极板中的一者设置有至少一个第一通孔，所述第一通孔靠近所述电解液入口布置，所述通道通过所述第一通孔与所述第一小室或所述第二小室连通。

14.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述电解槽包括密封圈，任意相邻两个所述极框之间通过所述密封圈密封。

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