CN220767187U - 一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，在阳极扩散层或/和阴极扩散层与质子交换膜之间的缝隙内，阳极侧设有一层支撑薄膜，或阳极侧与阴极侧分别设有一层支撑薄膜；所述支撑薄膜固定在阳极边框或/和阴极边框上，遮挡在所述阳极扩散层与所述阳极边框的间隙外或/和所述阴极扩散层与所述阴极边框的间隙外。本实用新型装配简单，在扩散层和对应边框的缝隙处增加了一层支撑薄膜，使此处的质子交换膜在高压下有了支撑，可减小质子交换膜在间隙处的破损风险，从而延长水电解堆的使用寿命，明显提高水电槽的寿命。
Description
技术领域
本实用新型水电解槽结构生产领域，具体涉及一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构。
背景技术
氢能具备清洁低碳、热值高、来源多样等优势，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体，被誉为21世纪的终极能源。
质子交换膜（PEM）电解水制氢技术可以利用风、光等可再生能源过剩电量来电解制氢，同时缓解电网压力。PEM水电解制氢具有众多优势，电解效率高，耐功率波动，制氢过程中仅需水做原料，产物氢气和氧气纯度高，氢氧互渗情况轻微；电解过程高效、安全、无毒无害，设备结构紧凑，可实现就地制氢。
阳极扩散层是PEM水电解技术中的关键技术之一，其在PEM水电解池中起着导电、分隔水流与气流、支撑等作用。当PEM电解槽内电解反应进行时，电解槽阳极为酸性环境，电解电压通常高于1.6V，因此必须选用稳定性好的钛材料作为阳极扩散层，目前PEM电解池阳极扩散层的选材多为多孔钛材料，例如常用的多孔烧结钛板和钛纤维毡，其孔隙结构可以满足PEM电解池的传质需要及实现较高的电解性能。
水电解槽阳极通入反应用水后，通过阳极扩散层传到阳极催化层界面，反应后氧气与电子通过阳极扩散层传出；电子则通过外电路在阴极催化层处与质子产生氢气，氢气通过阴极扩散层传出，水电解槽通过边框进行密封。例如：专利文献CN218880072U公开了一种扩散层结构及质子交换膜水电解槽，扩散层结构包括合成扩散层、第一边框、第二边框和阴极扩散层，合成扩散层包括至少两个结构参数不同的阳极扩散层，至少两个阳极扩散层依次拼接形成板状结构；第一边框设置有第一通孔，合成扩散层套设在第一通孔中；第二边框连接在第一边框的一侧，第二边框中心处设置有第二通孔；阴极扩散层套设在第二通孔中，并与合成扩散层相对应，质子交换膜电极设于阴极扩散层与合成扩散层之间。
然而，现有水电解槽的边框与阳极扩散层或阴极扩散层之间存在间隙。对于该间隙，目前的电解槽一般都未进行进一步措施。但是水电解槽的阴极为高压侧，如果在阳极扩散层与边框的间隙处的质子交换膜无支撑，则对应着间隙处的质子交换膜在长期高压下易破损，导致水电解槽的失效。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，以解决现有技术中存在的质子交换膜在长期高压下易破损的问题。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
本实用新型的一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，其特征在于，在阳极扩散层或/和阴极扩散层与质子交换膜之间的缝隙内，阳极侧设有一层支撑薄膜，或阳极侧与阴极侧分别设有一层支撑薄膜；所述支撑薄膜固定在阳极边框或/和阴极边框上，遮挡在所述阳极扩散层与所述阳极边框的间隙外或/和所述阴极扩散层与所述阴极边框的间隙外。
优选地，所述支撑薄膜的材质为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或乙烯三氟氯乙烯共聚物中的一种。
优选地，所述支撑薄膜的厚度为10～100微米，宽度为3～8mm，该支撑薄膜必须能对扩散层与对应边框的间隙处的质子交换膜有足够的支撑作用，因此强度≥100Mpa，由边框延伸至阳极扩散层。
优选地，所述支撑薄膜采用高分子材料共聚、熔接、粘合、一体注塑的方式或其它方式与阳极边框或阴极边框形成一体化结构，可以简化水电解槽的装配流程。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型装配简单，在扩散层和对应边框的缝隙处增加了一层支撑薄膜，使此处的质子交换膜在高压下有了支撑，可减小质子交换膜在间隙处的破损风险，从而延长水电解堆的使用寿命，明显提高水电槽的寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例1和实施例3的结构示意图；
图2是本实用新型实施例2的结构示意图；
其中：1-阳极扩散层，2-阴极扩散层，3-阳极边框，4-阴极边框，5-支撑薄膜，6-质子交换膜，7-阳极缝隙，8-阴极缝隙。
具体实施方式
本技术领域的一般技术人员应当认识到本实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作对本实用新型的限定。
实施例1
一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，在阳极扩散层1和与质子交换膜6之间的缝隙内，和阴极扩散层2与质子交换膜6之间的缝隙内，分别设有一层支撑薄膜5；所述支撑薄膜5采用熔接方式分别与阳极边框3或阴极边框4形成一体化结构，遮挡在所述阳极扩散层1与所述阳极边框3之间的间隙外，以及所述阴极扩散层2与所述阴极边框4之间的间隙外；所述支撑薄膜5为聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度为50微米，宽度为8mm，强度101Mpa，为由边框延伸至阳极扩散层。
实施例2
一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，在阳极扩散层1和与质子交换膜6之间的缝隙内，设有一层支撑薄膜5；所述支撑薄膜5采用粘接方式固定在阳极边框3上，遮挡在所述阳极扩散层1与所述阳极边框3之间的间隙外；所述支撑薄膜5为乙烯三氟氯乙烯共聚物膜，厚度为75微米，宽度为4mm，强度120Mpa，由边框延伸至阳极扩散层。
实施例3
一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，在阳极扩散层1和与质子交换膜6之间的缝隙内，和阴极扩散层2与质子交换膜6之间的缝隙内，分别设有一层支撑薄膜5；所述支撑薄膜5采用一体注塑方式分别与阳极边框3或阴极边框4形成一体化结构，遮挡在所述阳极扩散层1与所述阳极边框3之间的间隙外，以及所述阴极扩散层2与所述阴极边框4之间的间隙外；所述支撑薄膜5为聚酰亚胺薄膜，厚度为35微米，宽度为6mm，强度200Mpa，由边框延伸至阳极扩散层。
经试验验证，水电解槽采用以上加薄膜边框的设计方法，可减小膜电极在间隙处的破损风险，明显提高水电槽的寿命。
Claims (4)
1.一种水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，其特征在于，在阳极扩散层或/和阴极扩散层与质子交换膜之间的缝隙内，阳极侧设有一层支撑薄膜，或阳极侧与阴极侧分别设有一层支撑薄膜；所述支撑薄膜固定在阳极边框或/和阴极边框上，遮挡在所述阳极扩散层与所述阳极边框的间隙外或/和所述阴极扩散层与所述阴极边框的间隙外。
2.根据权利要求1所述的水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，其特征在于，所述支撑薄膜的材质为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或乙烯三氟氯乙烯共聚物中的一种。
3.根据权利要求1所述的水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，其特征在于，所述支撑薄膜的厚度为10～100微米，宽度为3～8mm，强度≥100Mpa，由边框延伸至阳极扩散层。
4.根据权利要求1所述的水电解槽阳极扩散层与边框的间隙支撑机构，其特征在于，所述支撑薄膜采用高分子材料共聚、熔接、粘合、一体注塑的方式与阳极边框或阴极边框形成一体化结构。
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