CN220703813U - 双极板、端板和碱性电解槽 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种双极板、端板和碱性电解槽，通过合理布置所述第一进碱液通孔组和所述第二进碱液通孔组在所述极框的底部的位置来使该双极板在应用于碱性电解槽时，碱液首先从碱性电解槽的一端分别进入到第一进碱液通孔组的第一通孔形成的第一进碱液通道和所述第二进碱液通孔组的第一通孔形成的第二进碱液通道中。到达所述碱性电解槽的另一端后，再通过第一进碱液通孔组的第二通孔和所述第二进碱液通孔组的第二通孔进入各个电解小室中，以实现碱液均匀分配，解决了大型碱性电解槽因槽体过长引起的碱液分配不均问题。从而防止了碱性电解槽运行状态变差，提高了制氢效率，并最终实现节约碱性电解槽的电能消耗的目的。

Description

双极板、端板和碱性电解槽

技术领域

本申请涉及涉及电解水制氢的技术领域，特别涉及一种双极板、端板和碱性电解槽。

背景技术

氢能作为清洁能源的重要组成部分，正处于产业的快速发展期，与其相适应的水电解制氢装置正在向大型化发展，目前一般采用电解水的方法来制取氢气，碱性电解槽是进行电解水制氢的关键设备，随着制氢规模的增加，碱性电解槽也逐步向大型化发展。

工业用的碱性电解槽一般由多个电解小室堆叠而成，由一个碱液入口提供所需碱液，这种供液结构在中小规模碱性电解槽上是合适的，然而随着碱水碱性电解槽大型化，碱性电解槽的端面直径也在增加，必然大幅增加电解小室数量，碱性电解槽槽体越长。单个的碱液入口虽然能提供用于制氢的碱液量，但是无法保证碱液在循环中的传热和传质分布均匀。电解小室的增加引起碱性电解槽内流场的均匀性变差，各电解小室的温度差异增大，电解液流动的阻力增大，碱性电解槽的运行状态变差，故随着槽体的体积增加，碱性电解槽的内部温度不均和传质不均匀的现象更为显著。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种双极板、端板和碱性电解槽，以解决现有技术中碱性电解槽的大型化必然大幅增加电解小室数量，电解小室的增加数量越多，碱性电解槽槽体越长，引起碱性电解槽内流场的均匀性变差，碱性电解槽的运行状态变差的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种双极板，包括：

双极板本体；为方形结构，且包括相对设立的阳极面和阴极面；

极框，固定设置在所述双极板四周；

第一进碱液通孔组和第二进碱液通孔组，两者均沿所述极框厚度方向穿设在所述极框的下部；其中，每组进碱液通孔组均包含一个第一通孔和一个第二通孔；其中，所述第一进碱液通孔组的第二通孔与所述阳极面连通，所述第一进碱液通孔组的第一通孔未与所述双极板本体连通；所述第二进碱液通孔组的第二通孔与所述阴极面连通，所述第二进碱液通孔组的第一通孔未与所述双极板本体连通；以及，

第一气液混合通孔和第二气液混合通孔，两者均沿所述极框厚度方向穿设在所述极框的上部，其中，所述第一气液混合通孔与所述阳极面连通；所述第二气液混合通孔与所述阴极面连通。

可选的，在所述的双极板中，所述第一进碱液通孔组的第二通孔与所述阳极面之间、所述第二进碱液通孔组的第二通孔与所述阴极面之间、所述第一气液混合通孔与所述阳极面之间以及所述第二气液混合通孔与所述阴极面之间均通过连通槽连通。

可选的，在所述的双极板中，所述连通槽的形状为长方形、腰形、漏斗形中的任意一种。

可选的，在所述的双极板中，位于所述阴极面的上部的连通槽的中心与下部的连通槽的中心的连线与所述极框的侧边相交。

可选的，在所述的双极板中，第一进碱液通孔组的组数不少于所述第一气液混合通孔的数量；第二进碱液通孔组的组数不少于所述第二气液混合通孔的数量。

可选的，在所述的双极板中，所述第一气液混合通孔和所述第二气液混合通孔在所述极框的上部交替布置。

可选的，在所述的双极板中，所述第一进碱液通孔组的组数与所述第二进碱液通孔组的组数相同且交替布置。

另一方面，本申请还提供了一种端板，包括第一端板和第二端板；在所述第一端板上开设有与上述的双极板中的所述第一通孔对应的碱液入口，与该双极板中的所述第一气液混合通孔对应的第一气液混合出口以及与该双极板中的所述第二气液混合通孔对应的第二气液混合出口；其中，所述碱液入口设置在所述第一端板的下部，所述第一气液混合出口和所述第二气液混合出口设置在所述第一端板的上部；在所述第二端板的底部设有与所述双极板中所述第一进碱液通孔组对应的第一凹槽以及与所述双极板中所述第二进碱液通孔组对应的第二凹槽。

可选的，在所述的端板中，所述第一气液混合出口和所述第二气液混合出口在所述第一端板的上部交替布置。

再一方面，本申请还提供了一种碱性电解槽，包括多个上述的双极板、上述的端板、隔膜和相对设置的正极板、负极板，多个所述双极板并排间隔设置在所述正极板和所述负极板之间，每两个所述双极板之间设置一个所述隔膜；多个所述双极板的所述第一进碱液通孔组与所述第二端板上的第一凹槽相互贯通以形成第一进碱液通道，多个所述双极板的所述第二进碱液通孔组与所述第二端板上的第二凹槽相互贯通以形成第二进碱液通道；其中，所述双极板的阳极面与所述隔膜之间形成阳极电解室，所述双极板的阴极面与所述隔膜之间形成阴极电解室。

与现有技术相比，本申请提供一种双极板，通过合理布置所述第一进碱液通孔组和所述第二进碱液通孔组在所述极框的底部的位置来使该双极板在应用于碱性电解槽时，碱液首先从碱性电解槽的一端分别进入到第一进碱液通孔组的第一通孔形成的第一进碱液通道和所述第二进碱液通孔组的第一通孔形成的第二进碱液通道中。到达所述碱性电解槽的另一端后，再通过第一进碱液通孔组的第二通孔和所述第二进碱液通孔组的第二通孔进入各个电解小室中，以实现碱液均匀分配，解决了大型碱性电解槽因槽体过长引起的碱液分配不均问题。从而防止了碱性电解槽运行状态变差，提高了制氢效率，并最终实现节约碱性电解槽的电能消耗的目的。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种双极板的结构立体图；

图2是本申请实施例提供的一种双极板阳极面的结构图；

图3是本申请实施例提供的一种双极板阴极面的结构图；

图4是本申请实施例提供的一种第一端板的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种第二端板的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种碱性电解槽的结构示意图。

其中，附图1～6的附图标记说明如下：

100-双极板；110-双极板本体；111-阳极面；112-阴极面；120-极框；121-第一进碱液通孔组；121a-第一进碱液通孔组的第一通孔；121b-第一进碱液通孔组的第二通孔；122-第二进碱液通孔组；122a-第二进碱液通孔组的第一通孔；122b-第二进碱液通孔组的第二通孔；123-第一气液混合通孔；124-第二气液混合通孔；130-连通槽；210-第一端板；211-第一气液混合出口；212-第二气液混合出口；213-碱液入口；220-第二端板；221-第一凹槽；222-第二凹槽；300-正极板；400-负极板；500-第一进碱液通道；600-第二进碱液通道。

具体实施方式

为使本申请的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～6对本申请提出的双极板、端板和碱性电解槽作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本申请实施例的目的。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

需要说明的是，以下实施例中提到的方位均以碱性电解槽在工作状态下放置时为基准。

参阅图1-3，结合图6。本申请提供了一种双极板100，包括：双极板本体110、极框120、第一进碱液通孔组121、第二进碱液通孔组122、第一气液混合通孔123和第二气液混合通孔124。所述双极板本体110为方形结构，且包括相对设立的阳极面111和阴极面112。所述极框120固定设置在所述双极板100四周。所述第一进碱液通孔组121和所述第二进碱液通孔组122均沿所述极框120厚度方向穿设在所述极框120的下部。其中，每组进碱液通孔组均包含一个第一通孔和一个第二通孔；所述第一进碱液通孔组的第二通孔121b与所述阳极面111连通，所述第一进碱液通孔组的第一通孔121a未与所述双极板本体110连通，也就是说所述第一进碱液通孔组的第一通孔121a与所述双极板本体110之间不连通。所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b与所述阴极面112连通，所述第二进碱液通孔组的第一通孔122a未与所述双极板本体110连通，也就是说，所述第二进碱液通孔组的第一通孔122a与所述双极板本体110之间不连通。所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124均沿所述极框120厚度方向穿设在所述极框120的上部。其中，所述第一气液混合通孔123与所述阳极面111连通。所述第二气液混合通孔124与所述阴极面112连通。

通过上述技术方案，合理布置所述第一进碱液通孔组121和所述第二进碱液通孔组122在所述极框120的底部的位置来使该双极板100在应用于碱性电解槽时，碱液首先从碱性电解槽的一端分别进入到第一进碱液通孔组的第一通孔121a所形成的第一进碱液通道500和所述第二进碱液通孔组的第一通孔122a形成的第二进碱液通道600中。到达所述碱性电解槽的另一端后，再通过第一进碱液通孔组的第二通孔121b和所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b进入各个电解小室中，以实现碱液均匀分配，解决了大型碱性电解槽因槽体过长引起的碱液分配不均问题。从而防止了碱性电解槽运行状态变差，提高了制氢效率，并最终实现节约碱性电解槽的电能消耗的目的。

具体的，通过在所述碱性电解槽的双极板100的极框120下部设置所述第一进碱液通孔组121和所述第二进碱液通孔组122，所述第一进碱液通孔组的第二通孔121b和第一通孔121a连成U型进液通道，碱液通过该第二通孔121b进入阴极电解小室内。所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b和第一通孔122a连成U型进液通道，碱液通过该第二通孔122b进入阳极电解小室内。这样，相当于所述双极板100阴极面112和阳极面111所对应的阴极电解小室和阳极电解小室被均分为多个进液区域这样可以提高进液效率。从而避免由于碱性电解槽内部的流场不均引起的部分区域水电解不充分问题，使双极板本体110局部失效，降低碱性电解槽电解效率和使用寿命等问题。

需要说明的是，上述所说的“第一进碱液通孔组的第二通孔121b”和“第二进碱液通孔组的第二通孔122b”分别一一对应地开设在极框120的两侧，并且互相之间不贯通，其作用主要是将沿轴向形成的U型进液通道中通入的碱液分别输送至双极板100两侧的电解小室中，并在此过程中防止双极板100两侧的两个电解小室之间发生相互干扰而影响到其中的电解反应。

所述第一进碱液通孔组的第二通孔121b与所述阳极面111之间、所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b与所述阴极面112之间、所述第一气液混合通孔123与所述阳极面111之间以及所述第二气液混合通孔124与所述阴极面112之间均通过连通槽130连通。具体的，所述连通槽130的形状为长方形、腰形、漏斗形中的任意一种。需要说明的是，在此不是为了限制所述连通槽130的形状，只要能够使得气液两相流能够经过所述连通槽130快速进入所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124，以及使得所述第一进碱液通孔组121和所述第二进碱液通孔组122中的碱液能够更加均匀进入阳极电解室和阴极电解室的形状均可。

具体的，位于阴极面的上部的连通槽130的中心与下部的连通槽130的中心的连线与所述极框120的侧边相交。这样可以避免从底部进入的碱液直接从对应的气液混合通孔中流出，避免导致扩散不均匀的情况发生。

所述第一进碱液通孔组121的组数不少于所述第一气液混合通孔123的数量；所述第二进碱液通孔组122的组数不少于所述第二气液混合通孔124的数量。也就是说，在每个阳极电解小室和每个阴极电解小室的进碱液口数量大于等于出碱液口的数量，以保证电解小室内的碱液平衡。

所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124在所述极框120的上部交替布置。通过交替布置方式，能够使所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124在所述极框120的上部的排布方式更加均匀。

所述第一进碱液通孔组121的组数与所述第二进碱液通孔组122的组数相同且交替布置。通过交替布置方式，能够使所述第一进碱液通孔组121的组数与所述第二进碱液通孔组122在所述极框120的下部的排布方式更加均匀。

通过所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124在所述极框120的上部交替布置以及所述第一进碱液通孔组121的组数与所述第二进碱液通孔组122的组数相同且交替布置的方式，使得阴极电解小室和阳极电解小室的进液和出液动态平衡。

具体的，所述第一进碱液通孔组121的组数和所述第二进碱液通孔组122的组数均不少于5组，那么对应的所述第一气液混合通孔123和所述第二气液混合通孔124的数量均不少于5个。当然所述第一进碱液通孔组121的组数和所述第二进碱液通孔组122的组数还可以是8组、10组，12组等，具体的数量可以根据不同尺寸的双极板100来确定。

请参阅图4-5，结合图1-3。另一方面，本申请还提供了一种端板，包括第一端板210和第二端板220；在所述第一端板210上开设有与上述的双极板100中的所述第一通孔对应的碱液入口213，与该双极板100中的所述第一气液混合通孔123对应的第一气液混合出口211以及与该双极板100中的所述第二气液混合通孔124对应的第二气液混合出口212；其中，所述碱液入口213设置在所述第一端板210的下部，所述第一气液混合出口211和所述第二气液混合出口212设置在所述第一端板的上部；在所述第二端板220的底部设有与所述双极板100中所述第一进碱液通孔组121对应的第一凹槽221以及与所述双极板100中所述第二进碱液通孔组122对应的第二凹槽222。

所述第一凹槽221将所述第一进碱液通孔组的第二通孔121b和第一通孔121a连通，使得碱性电解槽的所有的第一进碱液通孔组的第二通孔121b和第一通孔121a连通，以形成第一进碱液通道500。所述第二凹槽222将所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b和第一通孔122a连通，使得碱性电解槽的所有的第二进碱液通孔组的第二通孔122b和第一通孔122a连通，以形成第二进碱液通道600。

所述第一气液混合出口211和所述第二气液混合出口212在所述第一端板210的上部交替布置。

请参阅图6，再一方面，本申请还提供了一种碱性电解槽，包括多个上述的双极板100、上述的端板、隔膜(图中未示出)和相对设置的正极板300、负极板400，多个所述双极板100并排间隔设置在所述正极板300和所述负极板400之间，每两个所述双极板100之间设置一个所述隔膜；多个所述双极板100的所述第一进碱液通孔组121与所述第二端板220上的第一凹槽221相互贯通以形成第一进碱液通道500，多个所述双极板100的所述第二进碱液通孔组122与所述第二端板220上的第二凹槽222相互贯通以形成第二进碱液通道600；其中，所述双极板100的阳极面111与所述隔膜之间形成阳极电解室，所述双极板100的阴极面112与所述隔膜之间形成阴极电解室。

碱液进入电解小室的路径为：碱液首先从碱性电解槽的一端分别进入到第一进碱液通孔组的第一通孔121a所形成的第一进碱液通道500和所述第二进碱液通孔组的第一通孔122a形成的第一进碱液通道500和第二进碱液通道600中。到达所述碱性电解槽的另一端后，再通过第一进碱液通孔组的第二通孔121b和所述第二进碱液通孔组的第二通孔122b进入各个电解小室中。以实现碱液均匀分配，解决了大型碱性电解槽因槽体过长引起的碱液分配不均问题。从而防止了碱性电解槽运行状态变差，提高了制氢效率，并最终实现节约碱性电解槽的电能消耗的目的。

需要说明的是，所述第一端板210靠近所述负极板400设置，也就说所述碱性电解槽的碱液入口213设置在所述碱性电解槽的阴极端，所述第一气液混合出口211和所述第二气液混合出口212也是设置所述碱性电解槽的阴极端，这样可以减少电流损失，从而提高制氢效率。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非对本申请范围的任何限定，本申请领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种双极板，其特征在于，包括：

双极板本体；为方形结构，且包括相对设立的阳极面和阴极面；

极框，固定设置在所述双极板四周；

第一进碱液通孔组和第二进碱液通孔组，两者均沿所述极框厚度方向穿设在所述极框的下部；其中，每组进碱液通孔组均包含一个第一通孔和一个第二通孔；其中，所述第一进碱液通孔组的第二通孔与所述阳极面连通，所述第一进碱液通孔组的第一通孔未与所述双极板本体连通；所述第二进碱液通孔组的第二通孔与所述阴极面连通，所述第二进碱液通孔组的第一通孔未与所述双极板本体连通；以及，

第一气液混合通孔和第二气液混合通孔，两者均沿所述极框厚度方向穿设在所述极框的上部，其中，所述第一气液混合通孔与所述阳极面连通；所述

第二气液混合通孔与所述阴极面连通。

2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一进碱液通孔组的第二通孔与所述阳极面之间、所述第二进碱液通孔组的第二通孔与所述阴极面之间、所述第一气液混合通孔与所述阳极面之间以及所述第二气液混合通孔与所述阴极面之间均通过连通槽连通。

3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，所述连通槽的形状为长方形、腰形、漏斗形中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，位于所述阴极面的上部的连通槽的中心与下部的连通槽的中心的连线与所述极框的侧边相交。

5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，第一进碱液通孔组的组数不少于所述第一气液混合通孔的数量；第二进碱液通孔组的组数不少于所述第二气液混合通孔的数量。

6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一气液混合通孔和所述第二气液混合通孔在所述极框的上部交替布置。

7.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述第一进碱液通孔组的组数与所述第二进碱液通孔组的组数相同且交替布置。

8.一种端板，其特征在于，包括第一端板和第二端板；在所述第一端板上开设有与根据权利要求1-7任意一项所述的双极板中的所述第一通孔对应的碱液入口，与该双极板中的所述第一气液混合通孔对应的第一气液混合出口以及与该双极板中的所述第二气液混合通孔对应的第二气液混合出口；其中，所述碱液入口设置在所述第一端板的下部，所述第一气液混合出口和所述第二气液混合出口设置在所述第一端板的上部；在所述第二端板的底部设有与所述双极板中所述第一进碱液通孔组对应的第一凹槽以及与所述双极板中所述第二进碱液通孔组对应的第二凹槽。

9.根据权利要求8所述的端板，其特征在于，所述第一气液混合出口和所述第二气液混合出口在所述第一端板的上部交替布置。

10.一种碱性电解槽，其特征在于，包括多个根据权利要求1-7任意一项所述的双极板、根据权利要求8或9所述的端板、隔膜和相对设置的正极板、负极板，多个所述双极板并排间隔设置在所述正极板和所述负极板之间，每两个所述双极板之间设置一个所述隔膜；多个所述双极板的所述第一进碱液通孔组与所述第二端板上的第一凹槽相互贯通以形成第一进碱液通道，多个所述双极板的所述第二进碱液通孔组与所述第二端板上的第二凹槽相互贯通以形成第二进碱液通道；其中，所述双极板的阳极面与所述隔膜之间形成阳极电解室，所述双极板的阴极面与所述隔膜之间形成阴极电解室。