CN220999873U - 极片组件及制氢电解槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了极片组件及制氢电解槽，极片组件包括：依次组装的阴极极片、阳极极片和设置于阴极极片和阳极极片之间的隔膜，在极片组件的上端设置有出气孔且下端设置有进液孔洞；在阴极极片、阳极极片和隔膜中的至少一层设置有多个沿层厚方向的附加孔洞。在极片组件中，在阴极极片、阳极极片和隔膜中均设置有多个沿层厚方向的附加孔洞。应用到制氢电解槽，更多的附加孔洞增加极板组件的比表面积，进而增加电解反应比表面积，使得更多碱液在电解循环中的传热和传质分布，从而降低电能消耗，降低成本，从而实现更大产气量，综合提升电解效率。

Description

极片组件及制氢电解槽

技术领域

本实用新型涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种极片组件及制氢电解槽。

背景技术

氢能作为清洁可再生的绿色能源，现有的制氢技术有很多。其中水电解制氢技术最为成熟，主要包括碱性水电解和质子交换膜(proton exchange membrane，PEM)水电解。

PEM水电解技术与碱性水电解相比，是以固体聚合物电解质代替传统的苛性碱溶液电解质，这需要贵金属作为高活性的催化剂材料，导致其水电解成本相对较高，限制了该技术的实际应用。

碱性水电解克服了上述成本高的问题，主要成本在于电能耗。传统的碱性水电解技术在制氢时，是将电解液从下方单个入口输送进入电解槽。然而随着碱性水电解槽大型化，单个的碱液入口无法保证碱液在循环中的传热和传质分布均匀，进而导致其电能消耗较高，其效果也不令人满意。这也就限制了碱性水电解生产和应用更大产气量的电解槽。

因此，为了节约能源并保证电解槽的正常工作，需要设计新型内部结构的碱性水电解槽。

实用新型内容

针对现有技术中的问题，本实用新型的目的在于提供一种极片组件及制氢电解槽，解决现有技术用于制氢电解槽电消耗过大的技术问题。

本实用新型实施例提供一种极片组件，其包括：

依次组装的阴极极片、阳极极片和设置于阴极极片和阳极极片之间的隔膜，在极片组件的上端设置有出气孔且下端设置有进液孔洞；

在阴极极片、阳极极片和隔膜中的至少一层设置有多个沿层厚方向的附加孔洞。

在可选实施例中，阴极极片、阳极极片和隔膜均设置有附加孔洞，阴极极片、阳极极片和隔膜中至少部分附加孔洞连通成通道；或者，所不同层上设置的附加孔洞相互之间错位排布。

在可选实施例中，附加孔洞在所在层均匀分布。

在可选实施例中，阴极极片设置为乳突板，在乳突板的至少一侧板面设置有乳突结构。

在可选实施例中，阴极极片上的附加孔洞形成于乳突结构。

在可选实施例中，乳突结构在阴极极片上均匀分布。

在可选实施例中，出气孔包括设置于阳极极片的氧气出气孔洞和设置于阴极极片的氢气出气孔洞。

在可选实施例中，在极片组件下部设置有排污孔洞。

本公开实施例中还提供一种制氢电解槽，其包括：

两端压板，至少一端压板连接进液管路；

设置于两端压板之间的多个串联的极片组件。

在可选实施例中，进液管路设置有流量调节阀。

本实用新型所提供的极片组件及制氢电解槽具有如下优点：

在极片组件中，在阴极极片、阳极极片和隔膜中均设置有多个沿层厚方向的附加孔洞。应用到制氢电解槽，更多的附加孔洞增加极板组件的比表面积，进而增加电解反应比表面积，使得更多碱液在电解循环中的传热和传质分布，从而降低电能消耗，降低成本，从而实现更大产气量，综合提升电解效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1展示本公开实施例提供的极片组件的正视图；

图2为图1沿AA方向的剖视图；

图3为图1所示极片组件中阴极极片的正视图；

图4为本公开实施例提供的制氢电解槽的主视图，其中展示局部截图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本申请所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用系统，本申请中的各项细节也可以根据不同观点与应用系统，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

在本申请的表示中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的表示意指结合该实施例或示例表示的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，表示的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中表示的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的器件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某器件与另一器件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种器件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某器件在另一器件“之上”时，这可以是直接在另一器件之上，但也可以在其之间伴随着其它器件。当对照地说某器件“直接”在另一器件“之上”时，其之间不伴随其它器件。

虽然未不同地定义，但包括此处使用的技术术语及科学术语，所有术语均具有与本申请所属技术领域的技术人员一般理解的意义相同的意义。普通使用的字典中定义的术语追加解释为具有与相关技术文献和当前提示的内容相符的意义，只要未进行定义，不得过度解释为理想的或非常公式性的意义。

图1展示本公开实施例提供的可用于制氢电解槽的极片组件的正视图，图2为图1沿AA方向的剖视图，如图1和2所示，极片组件100可包括：

依次组装的阴极极片1、阳极极片2和设置于阴极极片1和阳极极片2之间的隔膜3，上端设置有出气孔1a且下端设置有进液孔洞1b；

在阴极极片1、阳极极片2和隔膜3中均设置有多个沿层厚方向LL的附加孔洞1c。

在本实施例中，更多的附加孔洞1c增加极板组件100的比表面积，进而增加电解反应比表面积，使得更多碱液在电解循环中的传热和传质分布，从而降低电能消耗，降低成本，从而实现更大产气量，综合提升电解效率。

如图2所示，阴极极片1、阳极极片2和隔膜3中至少部分附加孔洞1c连通成一个通道，这有利于电解液流动，提升电解效率。

在一种实施例中，不同层上设置的附加孔洞相互之间错位排布，此时不同层上的附加孔洞不连通。

在一种实施例中，附加孔洞1c在所在层均匀分布，这能确保电解液均匀分布，提升电解制氢效率。

在本公开另一种实施例中，也可以在阴极极片、阳极极片和隔膜中的其中一层或两层布置附加孔洞。

在本公开实施例中，在制氢过程中，隔膜3一方面对氢气和氧气起到隔离作用，另一方面具有亲水作用，可以吸引电解水向上移动以进行增加电解面积。

在本公开实施例中，如图2所示，极片组件100还可以包括：

密封垫4，密封垫位于阴极极片1和阳极极片2之间并与隔膜叠置，其起到密封作用。

在本公开实施例中，如图3所示，阴极极片1为乳突板，至少一侧板面设置有乳突结构11。图3所示乳突结构的平面视图呈三角形，此为一示例。在相应实施例中，对于乳突结构的形状不作限定。

本实施例的阴极极片1采用乳突板设计，这能够增强比表面积，进一步提升电解液比表面积，提升电解效率。

在本公开实施例中，阴极极片1上的附加孔洞1c形成于乳突结构11，这显然更进一步增加附加孔洞1c的比表面积。

在本公开实施例中，乳突结构11在阴极极片1上均匀分布，这也使得附加孔洞1c设计为均匀等距排布，进而保证碱液均匀顺畅流动。

图4展示本公开实施例提供的制氢电解槽的主视图，其中显示局部截图区域，如图4所示，制氢电解槽可以包括：

两端压板41、42，左端压板41连接进液管路43；

设置于两端压板41和42之间的多个串联的极片组件100，该极片组件100的结构可参考上文图1-3的内容，在此不再赘述。

在本实施例中，使用上述极片组件100，附加孔洞1c(图2所示)增加了进碱通道，进而增加了碱性水电解槽内的电解液循环，保证碱液和温度分布均匀，从而减低并保证大型碱性水电解槽的正常工作。

在本公开实施例中，阴极极片1、阳极极片2和密封垫4下部设置有两个进液孔洞1b，进液孔洞1b连通进液管路43，电解液可通过进液管路43并经进液孔洞1b浸润极片组件100。

在一种实施例中，极片组件100下部设置的两个进液孔洞1b等距排布。在另一种实施例中，极片组件下部可设置其他数量的进液孔洞。

在本公开实施例中，进液管路43设置于电解槽的一端或两端。在进液管路43上设置有流量调节阀5，通过增设流量调节阀5可控制电解液流量，实现调节电解槽的碱液循环，实现电解槽在不同负荷下和变负荷过程中的稳定运行。

在本公开实施例中，如图4所示，阴极极片1、阳极极片2和密封垫4上端分别设置有两个氧气出气孔洞1a1与氢气出气孔洞1a2，氧气出气孔洞1a1形成了氧气出口管路，氢气出气孔洞1a2形成了氢气出口管路。氧气出气孔洞1a1设置于阳极极片2，氢气出气孔洞1a2设置于阴极极片1。氧气出气孔洞1a1连通氧气出口管路(图中未示出)，氢气出气孔洞1a2连通氢气出口管路(图中未示出)，氢气出口管路和氧气出口管路设置于电解槽的一端。

在本公开实施例中，极片组件100下部设置有排污孔洞1d，排污孔洞1d连通排污管路，排污管路设置于电解槽的一端，与进液管路43同侧。排污孔洞1d用来导出电解后的废料。

具体地，在阴极极片1、阳极极片2和密封垫4下部分别设置有两个排污孔洞1d。

如图4所示，两端压板41和42设置于电解槽同轴两端，在每一端压板的极片组件的侧壁连接设置有接电导片6。

在本公开实施例中，夹紧装置包括若干对螺栓7、碟簧8和螺母9，从两端夹紧若干极片组件100。在一种实施例中，螺母9上包裹绝缘材料，碟簧8位于螺母9和端压板42之间。

在本公开实施例中，在电解槽下部连接有底座10，底座100用来支撑电解槽。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种极片组件，其特征在于，包括：

依次组装的阴极极片、阳极极片和设置于所述阴极极片和阳极极片之间的隔膜，在所述极片组件的上端设置有出气孔且下端设置有进液孔洞；

在所述阴极极片、阳极极片和隔膜中的至少一层设置有多个沿层厚方向的附加孔洞。

2.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述阴极极片、阳极极片和隔膜均设置有所述附加孔洞，所述阴极极片、阳极极片和隔膜中至少部分附加孔洞连通成通道；或者，所不同层上设置的所述附加孔洞相互之间错位排布。

3.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述附加孔洞在所在层均匀分布。

4.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述阴极极片设置为乳突板，在所述乳突板的至少一侧板面设置有乳突结构。

5.根据权利要求4所述的极片组件，其特征在于，所述阴极极片上的附加孔洞形成于所述乳突结构。

6.根据权利要求4所述的极片组件，其特征在于，所述乳突结构在所述阴极极片上均匀分布。

7.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，所述出气孔包括设置于所述阳极极片的氧气出气孔洞和设置于所述阴极极片的氢气出气孔洞。

8.根据权利要求1所述的极片组件，其特征在于，在所述极片组件下部设置有排污孔洞。

9.一种制氢电解槽，其特征在于，包括：

两端压板，至少一端所述压板连接进液管路；

设置于所述两端压板之间的多个串联的权利要求1-8中任一项所述的极片组件。

10.根据权利要求9所述的制氢电解槽，其特征在于，所述进液管路设置有流量调节阀。