CN220564732U - 一种零极间距的电解槽极板组件及电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种零极间距的电解槽极板组件及电解槽，以解决电解效率低以及隔膜布易损坏的问题。电解槽极板组件，包括主极板、活性电极网、隔膜布、密封垫和极板框，主极板固定连接极板框，两个主极板将活性电极网和隔膜布夹紧形成电解小室，主极板上设有支撑结构，活性电极网为泡沫镍材质的泡沫镍网电极，泡沫镍网电极用于被支撑结构压凹补偿电解槽的组装预紧力。泡沫镍网电极可以有效增大反应的比表面积，增大电解制氢效率，并且，泡沫镍电极材质可以产生形变补偿过大的预紧力，在确保泡沫镍网电极紧贴隔膜布的同时防止隔膜布被压坏，由于与电解制氢效率的提升并保证了电解槽的使用寿命。

Description

一种零极间距的电解槽极板组件及电解槽

【技术领域】

本实用新型属于水电解制氢技术领域，具体涉及一种零极间距的电解槽极板组件及电解槽。

【背景技术】

氢能是一种非常重要的清洁型能源，便于进行压缩运输和储存，具有无污染的特点，水电解制氢是一种非常重要的氢能获得方式，水电解制氢技术及水电解制氢设备的发展，对于解决目前的环境污染与能远危机，有着十分突出的作用。水电解制氢的反应可以分为阳极析氧反应和阴极析氢反应，现有技术中，电解槽的阳极通常采用乳突支撑极板，阴极采用在镍网上火焰喷涂镍合金或者在镍网上电镀镍合金材料的活性电极网，两个乳突支撑极板将活性电极网和隔膜布夹紧形成电解小室，乳突支撑极板固定在极板框上，两相邻极板框之间设有密封垫。通常一个电解槽内会包含多个电解，对多组乳突支撑极板、活性电极网和隔膜布整体施加预紧力后完成对电解槽设备的整体组装。

为了应对日益严峻的能源危机，提高电解槽的生产效率成为了水电解制氢技术发展的重要方向。现有技术中，对于乳突支撑极板，一个重要作用就是使活性电极网贴紧隔膜布，当施加足够大的电解槽组装预紧力时，可以达到活性电极网与隔膜布的零极间距，从而提高电解效率，而通过减薄隔膜布的厚度也可以有效提升电解效率，隔膜布的厚度已经可以从原来的3.2mm减薄至0.7mm，除此之外，还有厚度更薄的例子交换膜也在制氢电解槽中广泛使用，但是对于越来越薄的隔膜布，要想保证实现零级间距需要增大预紧力，但是过大的预紧力容易将隔膜布压穿，而一个电解槽通常具有的多组电解小室，很难保证各个隔膜布上承受的预紧力均匀，一旦有隔膜布破裂则会造成短路打火，引发生产事故。

【实用新型内容】

本实用新型提供了一种零极间距的电解槽极板组件，以解决电解制氢中电解效率低和隔膜布易损坏的问题。本实用新型还提供了一种零极间距的电解槽，以解决上述问题。

本实用新型提供的一种零极间距的电解槽极板组件及电解槽的技术方案为：

一种零极间距的电解槽极板组件，包括主极板、活性电极网、隔膜布、密封垫和极板框，主极板固定连接极板框，两个主极板将两个活性电极网和两个活性电极网之间的隔膜布夹紧形成电解小室，主极板上设有支撑结构，活性电极网为泡沫镍材质的泡沫镍网电极，泡沫镍网电极用于被支撑结构压凹补偿电解槽的组装预紧力。

有益效果是：使用泡沫镍网电极，可以有效增大反应的比表面积，增大电解制氢效率。另外，通过使用泡沫镍材质的泡沫镍网电极，在电解槽整体组装时，用支撑结构可以将具有适当厚度的泡沫镍网电极压凹，对过大的预紧力进行补偿，即使为了提高生产效率尽可能减薄隔膜布，也可以在施加足够的预紧力将泡沫镍网电极贴紧时实现零极间距时，不会由于大的组装预紧力压坏隔膜布，提高了水电解制氢的生产安全性。

进一步地，泡沫镍网电极厚度为0.5mm-2mm。

有益效果是：泡沫镍网电极具有适当的厚度，在预紧力过大时，可以被压凹而不会被压穿，同时被压凹的泡沫镍网还可以补偿过大预紧力，防止隔膜布被压坏。

进一步地，支撑结构为乳突支撑结构，乳突支撑结构在主极板上冲压形成。

有益效果是：通过在主极板上直接冲压出支撑结构，可以确保稳定支撑活性电极网，使活性电极网压紧隔膜布。

进一步地，主极板为平面主极板，平面主极板的支撑结构为单独设置的柔性支撑网，柔性支撑网为波形板结构，柔性支撑网焊接在平面主极板上。

有益效果是：柔性支撑网为平面金属丝网制成的波形板结构，具有良好的弹性，可以通过自身弹性避免预紧力过大时压坏隔膜布，防止预紧力不足时无法使泡沫镍网电极压紧隔膜布，确保在提供足够的预紧力确保泡沫镍网电极压紧隔膜布实现零极间距，另外，泡沫镍网电极表面被压凹，可以通过形变进一步防止过大的预紧力压坏隔膜布，具有弹性的柔性支撑网还可以避免压坏泡沫镍网电极。

进一步地，柔性支撑网由平面编织金属丝网冲压制成。

有益效果是：冲压加工方便，便于将柔性支撑板加工出波形板结构

进一步地，柔性支撑网的波形板结构为凸弧形波形板结构，支撑网整体高度为2mm-10mm

有益效果是：凸弧形波形板结构规则，使柔性支撑网具有良好的弹性，同时形状规则便于进行生产加工。

进一步地，平面主极板的厚度为0.5mm-2mm。

有益效果是：极板厚度减小，降低了整个电解槽的重量，有助于降低材料成本，便于电解槽的整体吊装，同时有助于增大大电解小室的尺寸，加快制氢效率。

本实用新型提供的一种零极间距的电解槽的技术方案为：电解槽包括电解槽极板组件，该电解槽极板组件为上述电解槽极板组件。

【附图说明】

图1是本实用新型所提供的实施例1的泡沫镍活性电极组件的结构图；

1、主极板；2、支撑结构；3、活性电极网；4、隔膜布；5、极板框；6、密封垫。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例1：

本实施例所提供的零极间距的电解槽极板组件，如图1，包括主极板、活性电极网、隔膜布、密封垫和极板框，主极板上设有支撑结构，本实施例中的主极板为平面主极板，支撑结构为柔性支撑网，柔性支撑网焊接在主极板上。活性电极网为泡沫镍材质的泡沫镍网电极，泡沫镍网电极厚度为0.5mm-2mm，泡沫镍网电极用于被支撑结构压凹补偿电解槽组装预紧力。密封垫为四氟材质的密封垫，泡沫镍网电极具有更大的比表面积，可提高电解槽的析氢效率。在电解槽组装时，即使施加较大的预紧力以保证零极间距。也可以用将具有适当厚度的泡沫镍网电极压凹，而不会压坏很薄的隔膜布。此外，水电解制氢时，电解槽在高温环境中工作，密封垫受压且受高温，容易发生蠕变，泡沫镍网电极可以通过本身的变形抵消密封垫的蠕变，从而解决密封垫蠕变不均匀的问题。

本实施例中，柔性支撑网为使用平面编织金属丝网进行冲压加工的凸弧形波形板结构，具有弹性，柔性支撑网的整体高度为2mm-10mm，平面编织金属丝网使用平面镍丝网或不锈钢丝网。进行电解槽组装时，通过柔性电极网的弹性对各个密封垫上不均匀的预紧力进行补偿，如果预紧力不足仍然可以借助柔性支撑网提供弹力，保证泡沫镍网电极压紧隔膜布，达到零极间距，提高电解制氢效率；如果预紧力过大，也可以通过柔性支撑网的形变抵消过大的预紧力，防止压坏隔膜布。另外，平面编织的金属丝网，还具有良好的透气性，可以保证气到流通性良好，从而提升电解制氢效率。并且，编织金属丝表面边沿形状规则，在对柔性支撑网进行电镀处理时，还有助于提高电镀覆盖质量，提升电解槽的质量，保证电解槽的使用寿命。本实施例中，平面金属丝网为平面镍丝网或平面不锈钢丝网。

柔性支撑网进行支撑时，不需要使用具有冲压乳突的极板，有效避免了冲压加工困难，避免了冲压可能带来的极板损坏，本实施例中，平面极板厚度的取值范围为1mm-1.5mm，优选平面极板的厚度为1mm，平面极板焊接连接极板框，在极板的厚度减薄后，对于同样直径的电解槽，电解槽设备整体重量大幅度减轻，便于进行设备的生产、组装和整体运输，同时制造电解槽极板所需的材料也大幅度减少，从而实现了电解槽生产成本的降低。此外，在极板减薄后，还能够降低极板电阻，增加电解小室的宽度和容量，从而提高电解效率。

本实用新型提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例2：

本实施例所提供的泡沫镍活性电极极板组件，包括主极板、活性电极网、隔膜布、密封垫和极板框，主极板的支撑结构为直接在主极板上加工的冲压特征，本实施例中为冲压加工制作的乳突支撑结构，主极板固定连接极板框，两主极板将活性电极网和隔膜布夹紧形成电解小室，活性电极网为泡沫镍材质的泡沫镍网电极，泡沫镍网电极用于被主极板上的乳突支撑结构压凹补偿电解槽组装预紧力。泡沫镍网电极的厚度在0.5mm-2mm之间，泡沫镍网电极具有更大的比表面积，可提高电解槽的析氢效率。在电解槽组装时，即使施加较大的预紧力以保证零极间距。也可以用将具有适当厚度的泡沫镍网电极压凹，而不会压坏很薄的隔膜布。此外，水电解制氢时，电解槽在高温环境中工作，密封垫受压且受高温，容易发生蠕变，泡沫镍电极可以通过本身的变形抵消密封垫的蠕变，从而解决密封垫蠕变不均匀的问题。

本实施例与本发明提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例3：

实施例1的区别仅在于，泡沫镍网电极的厚度为5mm。在其他实施例中，泡沫镍网电极的厚度还可以为0.5mm、0.6mm、0.7mm、1mm、1.2mm、15.mm等0.5mm-2mm之间的任一数值。

本发明提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例4：

本实施例与实施例1的区别仅在于，柔性支撑网的波形板结构为锯齿形板结构，并且由平面编织的金属丝网弯折加工制成,锯齿形板的角度为45°-150°，折叠后柔性支撑网的整体高度为10mm。在其他实施例中，柔性支撑网整体高度还可以为2mm、7mm、10mm或7.6mm等2mm-10mm之间的任意数值。

本发明提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例5：

本实施例与实施例1的区别仅在于，柔性支撑网的波形板结构为矩形波结构。

本发明提供的一种零极间距的电解槽极板组件的具体实施例6：

本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例中平面极板的厚度为1.3mm,在其他实施例中，平面极板的厚度还可以为1.35mm、1.2mm、1.1mm等其他数值。

本发明提供的一种零极间距的电解槽极板的具体实施例：

本发明所提供的零极间距的电解槽，包括电解槽极板组件，该电解槽极板组件为实施例1-6中任意一项中的一种零极间距的电解槽极板。

Claims (8)

1.一种零极间距的电解槽极板组件，其特征是，包括主极板、活性电极网、隔膜布、密封垫和极板框，所述主极板固定连接所述极板框，两个所述主极板将两个所述活性电极网和两个所述活性电极网之间的隔膜布夹紧形成电解小室，所述主极板上设有支撑结构，所述活性电极网为泡沫镍材质的泡沫镍网电极，所述泡沫镍网电极用于被所述支撑结构压凹补偿电解槽的组装预紧力。

2.根据权利要求1所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，所述泡沫镍网电极厚度为0.5mm-2mm。

3.根据权利要求2所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，所述支撑结构为冲压特征，所述支撑结构为乳突支撑结构，所述乳突支撑结构在所述主极板上冲压形成。

4.根据权利要求2所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，所述主极板为平面主极板，所述平面主极板的支撑结构为单独设置的柔性支撑网，所述柔性支撑网为波形板结构，所述柔性支撑网焊接在所述平面主极板上。

5.根据权利要求4所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，所述柔性支撑网由平面编织金属丝网冲压制成。

6.根据权利要求4或5所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，柔性支撑网的波形板结构为凸弧形波形板结构，支撑网整体高度为2mm-10mm。

7.根据权利要求6所述的零极间距的电解槽极板组件，其特征是，所述平面主极板的厚度为0.5mm-2mm。

8.一种零极间距的电解槽，其特征是，所述电解槽包括电解槽极板组件，所述电解槽极板组件为权利要求1-7任意一项所述的零极间距的电解槽极板组件。