CN221028706U - 电极板及电解组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电极板及电解组件，电极板包括电极框、主极板以及导电弹簧，主极板与电极框连接并围合形成反应腔，电极框设置有与反应腔相连通的入口和出口，导电弹簧设置于所述反应腔内，所述导电弹簧设置为螺旋状延伸的空心结构，所述导电弹簧的数量为两个以上，各所述导电弹簧的一端连接于所述主极板上，另一端向远离所述主极板的一侧延伸并用于弹性支撑设置于所述反应腔内的电极。本申请能够在保证电极板与电极之间的导电能力的同时，更便于气泡扩散，降低溶液电阻，有效提高对再生能源功率波动的响应速率。

Description

电极板及电解组件

技术领域

本申请涉及电解设备技术领域，特别是涉及一种电极板及电解组件。

背景技术

近年来随着可再生能源成本逐步降低，可再生能源制氢需求大幅提升，电解装置是将电力转化为氢气的核心装备，使用越来越广泛。

已有的电解装置中，电解组件的电极板主要包括乳突型和板网型两种结构，以通过乳突或者板网与电极相接触，但上述结构均会阻挡电解液流动，气泡不易扩散，导致溶液电阻上升。

实用新型内容

本申请提供一种电极板及电解组件，能够在保证电极板与电极之间的导电能力的同时，更便于气泡扩散，降低溶液电阻，有效提高电解组件对再生能源功率波动的响应速率。

一方面，根据本申请实施例提出了一种电极板，包括：电极框；主极板，与所述电极框连接并围合形成反应腔，所述电极框设置有与所述反应腔相连通的入口和出口；导电弹簧，设置于所述反应腔内，所述导电弹簧设置为螺旋状延伸的空心结构，所述导电弹簧的数量为两个以上，各所述导电弹簧的一端连接于所述主极板上，另一端向远离所述主极板的一侧延伸并用于弹性支撑设置于所述反应腔内的电极。

根据本申请实施例的一个方面，各所述导电弹簧的直径相同，所述导电弹簧均匀分布于所述主极板上，相邻两个所述导电弹簧之间的距离相等。

根据本申请实施例的一个方面，所述主极板具有中心区域以及围绕于所述中心区域周侧的边缘区域，所述中心区域的所述导电弹簧的直径小于所述边缘区域的所述导电弹簧的直径。

根据本申请实施例的一个方面，位于中心区域的相邻两个所述导电弹簧之间的距离小于位于边缘区域的相邻两个所述导电弹簧之间的距离。

根据本申请实施例的一个方面，还包括转接件，所述转接件与至少一个所述导电弹簧相连，所述导电弹簧通过所述转接件可拆卸连接在所述主极板上。

根据本申请实施例的一个方面，所述导电弹簧敷设有防腐涂层。

根据本申请实施例的一个方面，所述电极框具有中空腔，所述主极板将所述中空腔分隔形成沿轴向相对设置的所述反应腔；所述主极板沿所述轴向的两侧表面上均连接有所述导电弹簧，所述导电弹簧分别用于弹性抵接设置于所述反应腔内的电极。

根据本申请实施例的一个方面，在所述轴向上，所述主极板两侧的所述导电弹簧在所述主极板上的正投影至少部分交叠设置。

根据本申请实施例的一个方面，所述导电弹簧沿所述轴向的尺寸为4mm～6mm，且所述导电弹簧沿所述轴向的弹性变形量大于或者等于2mm；和/或，所述导电弹簧由导电丝呈螺旋状绕制形成，所述导电丝的直径为3mm，绕制形成的所述导电弹簧的直径为8mm～12mm，所述主极板的同一侧表面上，相邻两个所述导电弹簧之间的距离为15cm～25cm。

另一方面，根据本申请实施例提出了一种电解组件，包括：如上述实施例所述的电极板；电极，设置于反应腔内，所述电极弹性抵接至所述电极板的导电弹簧上。

本申请实施例提供的电极板，其包括电极框、主极板以及导电弹簧，电极框与主极板围合形成反应腔，导电弹簧设置于反应腔内，其一端连接于主极板，另一端向远离主极板的方向延伸并用于弹性支撑电极，从而使得电极板与电极具有弹性，来通过导电弹簧消除气体冲击下电极的变形，保证电极板与电极的接触导电。并且，导电弹簧设置为螺旋状延伸的空心结构，能够保障反应腔内部电解液流动通畅，更便于气泡扩散，降低溶液电阻，有效提高对再生能源功率波动的响应速率。

附图说明

下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本申请一种实施例的电解装置的导电机理的示意图；

图2是本申请一种实施例的电解小室的结构示意图；

图3是本申请一种实施例的电极板的俯视图；

图4是本申请一种实施例的主极板的结构示意图；

图5是本申请另一种实施例的主极板的结构示意图；

图6是本申请一种实施例的电解组件的剖视图。

附图中：

100-电解装置；10-电解组件；20-隔膜；

1-电极板；11-电极框；111-入口；112-出口；12-主极板；13-导电弹簧；13a-第一导电弹簧；13b-第二导电弹簧；2-电极；

Z-轴向。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的电极板及电解组件进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

近年来随着可再生能源成本逐步降低，可再生能源制氢需求大幅提升。碱性水电解槽是将电力转化为氢气的核心装备，以下称电解装置，电解装置是由上百个相同电解小室串联而成，每个电解小室包括电解组件以及隔膜。主要原理是，对电解液通入直流电，会在电解组件的阴极和阳极表面发生电化学反应，而分别在阴极和阳极产生氢气和氧气。

请参阅图1和图2，图1为本申请实施例的电解装置100的导电机理的示意图，图2示出了本申请实施例的电解小室的结构示意图。

本申请实施例提供了一种电解组件10，其包括电极板1以及覆盖于电极板1一侧的电极2，其中，电极2根据电流方向包括阴极和阳极，电极板1包括阴极板和阳极板，并分别用于支撑阴极和阳极两个电极2，在电解小室内，阴极和阳极由隔膜20分隔分别构成阴极室和阳极室。隔膜20的作用是隔离气体，导通离子，使阴极室产出的氢气无法进入阳极室与氧气混合。

由于电极2为网状多孔的平板结构，为能够向电极2传导电荷，并使碱液体顺利流经电极2，再将电极2反应产生的气体快速带出电解室，需要设置相应的电极板1来支撑电极2，以在电解单元内形成反应腔，电极板1与电极2共同形成电解小室内的电解液流道。

其中，以上涉及到的技术术语如下：

电解小室：由电解组件、隔膜和电解液等构成，在直流电的作用下，能将水电解生成氢气和氧气的最小单元。

电极板：位于一个完整的电解单元的两端，形成阴极区域和阳极区域电解液流动的腔室，实现阴极电解液和阳极电解液的分流，一定程度上减小了氢中氧和氧中氢的含量，保证电解装置运行的安全性。

电极：电子或电器装置、设备中的一种部件，用做导电介质(固体、气体、真空或电解质溶液)中输入或导出电流的两个端。输入电流的一极叫阳极或正极，放出电流的一极叫阴极或负极。

隔膜：电解反应时，用以将阴极和阳极分开防止在电解单元中直接反应损失能量的一层薄膜。

目前现有的电极板的结构主要采用乳突型以及板网型两种形式。

乳突型是在平面电极板上冲压形成凸起，以通过凸起实现电极板1和电极2的连接，虽然成本较低，但导电性差，同时凸起部分所镀镍层很容易发生腐蚀，导致镍层脱落，从而腐蚀整个电极板1。板网型是将平面电极板1与具有一定厚度的金属网焊接在一起，再覆盖电极2，形成空腔和流道结构，虽然导电性较好，但板网型的电极板1加工繁琐且流道复杂，成本较大，并且气泡不易扩散，导致溶液电阻上升。

基于上述技术问题，本申请实施例提供了一种新的电极板，来在保证电极板与电极的导电能力的同时，便于气体逸出扩散。该电极板可以用于电解组件，也可以作为独立的构件单独生产或者销售。

请参阅图2至图4，本申请实施例提供的电极板1，包括电极框11、主极板12以及导电弹簧13，主极板12与电极框11连接并围合形成反应腔，电极框11设置有与反应腔相连通的入口111和出口112，导电弹簧13设置于反应腔内，导电弹簧13设置为螺旋状延伸的空心结构，导电弹簧13的数量为两个以上，各导电弹簧13的一端连接于主极板12上，另一端向远离主极板12的一侧延伸并用于弹性支撑设置于反应腔内的电极2。

本申请实施例提供的电极板1，其包括电极框11、主极板12以及导电弹簧13，电极框11与主极板12围合形成反应腔，导电弹簧13设置于反应腔内，其一端连接于主极板12，另一端向远离主极板12的方向延伸并用于弹性支撑电极2，从而使得电极板1与电极2具有弹性，来通过导电弹簧13消除气体冲击下电极2的变形，保证电极板1与电极2的接触导电。并且，导电弹簧13设置为螺旋状延伸的空心结构，故导电弹簧不会阻挡电解液的流通，从而能够保障反应腔内部电解液流动通畅，气体逸出速度快，降低溶液电阻，有效提高对再生能源功率波动的响应速率。

可以理解的是，通过将导电弹簧13设置为螺旋状延伸的空心结构，在导电弹簧13浸没于电解液内时，还能够减少其所占体积，因此大幅降低了电极板1的重量。并且，相较于在主极板12上设置弹簧片的形式，本申请实施例的导电弹簧13的形式，质量更低，且成本也更加低廉，更易于推广应用。

此外，由于电解液由入口111流动到出口112的过程中，需要经过导电弹簧13。因此，通过在主极板12上设置导电弹簧13，除了能够通过导电弹簧13消除气体冲击下电极2的变形外，还能够通过导电弹簧13代替现有电极板1中的乳突结构，来增强流动的扰动程度，减少反应腔内各处流体的浓度差，使流体分布更均匀，从而降低电解设备的能耗，提高其长期运行的稳定性。

可选地，主极板12可由金属材料制成，表面镀设有镍合金，以在保证主极板12对电极2的支撑效果的同时，通过镍合金实现防腐，同时保证电极板1与电极2之间的导电性能。例如，主极板12可设置为碳钢镀暗镍。

在一些可选地实施例中，导电弹簧13敷设有防腐涂层。

其中，导电弹簧13可直接由导电丝呈螺旋状绕制形成，导电丝例如可以是镍丝，以实现防腐，镍丝的直径可设置为3mm，以保证导电弹簧13的弹性变形。此外，导电弹簧13也可由其他金属材料制成，例如可以是弹簧钢，并在表面镀设镍合金，来在提高导电弹簧13的弹性的同时，保证导电弹簧13的使用寿命。

可以理解的是，导电弹簧13可直接焊接于主极板12上。

考虑到导电弹簧13长时间浸泡于电解液中，故在一些可选地实施例中，电极板1还可包括转接件，转接件与至少一个导电弹簧13相连，导电弹簧13通过转接件可拆卸连接在主极板12上。上述设置，可以使得当其中一个或者两个以上的导电弹簧13发生损坏而导致电极板1与电极2的电连接存在缺陷时，可以只更换对应损坏的导电弹簧13，无需将电极板1全部更换，节约电极板1的维护成本。

可选地，转接件可与导电弹簧13一一对应设置，转接件上也对应两个以上的导电弹簧13，其具体可根据导电弹簧13上的设置位置以及易损坏位置进行调整，本申请对此不作具体限定。

其中，为使得导电弹簧13能够通过转接件可拆卸连接在主极板12上，可选地，主极板12上可设置有弹性卡槽，转接件的形状与弹性卡槽相适配并可卡固于弹性卡槽内，从而在需要更换导电弹簧13时，通过插拔该导电弹簧13所对应的转接件，即可实现导电弹簧13的快速更换。

请参阅图3和图4，在一些可选地实施例中，各导电弹簧13的直径相同，导电弹簧13均匀分布于主极板12上，相邻两个导电弹簧13之间的距离相等。通过将各导电弹簧13均匀分布于主极板12上，能够在保证电极板1与电极2之间的导电能力的同时，实现对电极2的均匀支撑，保证电极板1的可靠性。同时，也更便于导电弹簧13的制备以及安装，降低成本。

可选地，导电弹簧13的直径可设置为10mm，相邻两个导电弹簧13之间的距离为20cm。其中，相邻两个导电弹簧13之间的间距可以与现有的乳突型的电极板上相邻两个凸起之间的距离相适配，以便于导电弹簧13的设置。

请参阅图5，在另一些可选地实施例中，主极板12具有中心区域以及设置于中心区域周侧的边缘区域，中心区域的导电弹簧13的直径小于边缘区域的导电弹簧13的直径。

为便于描述，将中心区域的导电弹簧13定义为第一导电弹簧13a，将边缘区域的导电弹簧13定义为第二导电弹簧13b。

可以理解的是，弹簧的直径指的是弹簧沿自身长度方向的断面直径，弹簧的直径越小，则其越不容易发生变形。由于主极板12的中心区域的气体冲击更大，故通过使第一导电弹簧13a的直径小于第二导电弹簧13b的直径，能够使得各导电弹簧13各区域的变形更为均匀，以实现导电弹簧13对电极2的均匀支撑，保障电极板1与电极2之间的导电能力。

进一步地，位于中心区域的相邻两个导电弹簧13之间的距离小于位于边缘区域的相邻两个导电弹簧13之间的距离。

其中，在电解液由反应腔的入口111流动至出口112时，中心区域的流动路径较短，故通过使第一导电弹簧13a布置更为密集，能够平衡电极板1中心区域以及两侧的边缘区域的流速，以促进电解液在电极板1上均匀分布，提高电解效率，降低电解设备的能耗。

可选地，第一导电弹簧13a的直径可设置为8mm，相邻两个第一导电弹簧13a之间的距离可设置为15cm，第二导电弹簧13b的直径可设置为12mm，相邻两个第二导电弹簧13b之间的距离可设置为25cm，从而在保障电极板1与电极2之间的导电能力的同时，使流体分布更均匀。

在一些可选地实施例中，主极板12的中心区域和边缘区域之间也可设置有过渡区域，过渡区域的导电弹簧13的直径大于第一导电弹簧13a的直径，且小于第二导电弹簧13b的直径，同时，位于过渡区域的相邻两个导电弹簧13之间的距离可大于相邻两个第一导电弹簧13a之间的距离，且小于位于边缘区域的相邻两个第二导电弹簧13b的距离，从而实现了由中心区域至边缘区域的过渡，提高电解效果。

请参阅图6，在一些可选地实施例中，电极框11具有中空腔，主极板12将中空腔分隔形成沿轴向Z相对设置的反应腔，主极板12沿轴向Z的两侧表面上均连接有导电弹簧13，导电弹簧13分别用于弹性抵接设置于反应腔内的电极2。

例如，当电解装置100为双极性电解槽时，电极板1可以在轴向Z两侧形成反应腔，且在反应腔内分别设置有极性相反的电极2。

具体地，主极板12在轴向Z上的厚度小于中空腔的深度。通过将主极板12放置于中空腔并与电极框11连接，在轴向Z上将中空腔分隔形成两个相对设置的反应腔。主极板12与电极框11之间可以采用固定连接的方式连接，例如可以采用焊接、一体式结构等方式。当然，可以采用可拆卸连接的方式相连接，例如可以采用螺钉等紧固件锁定等。

其中，当电极2成对设置于反应腔内时，主极板12沿轴向Z的两侧表面上均连接有导电弹簧13，导电弹簧13分别用于弹性抵接设置于反应腔内的电极2，从而能够在电极板1的两侧均通过导电弹簧13实现与电极2的接触导电，并且也能够保证两侧反应腔内气泡的扩散，降低溶液电阻，有效提高对再生能源功率波动的响应速率。

在一些可选地实施例中，在轴向Z上，主极板12两侧的导电弹簧13在主极板12上的正投影至少部分交叠设置，例如，可以是主极板12两侧的导电弹簧13在主极板12上的正投影相互重叠，更便于电极板1的结构设计，并且保证了电极板1与两侧的电极2接触的可靠性。

在一些可选地实施例中，根据反应腔的深度，导电弹簧13沿轴向Z的尺寸可设置为4mm～6mm，且导电弹簧13沿轴向Z的弹性变形量大于或者等于2mm。

其中，电极板1的同一侧表面上各导电弹簧13沿轴向Z的尺寸均相同，以保证在电极2平铺于电极板1一侧时，该侧的各导电弹簧13均能够弹性支撑于电极2，以保证电极板1与电极2的导电能力。导电弹簧13沿轴向Z的尺寸的取值范围可以是4mm～6mm之间的任意数值，包括4mm、6mm两个端值，例如均设置为5mm。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种电极板(1)，其特征在于，包括：

电极框(11)；

主极板(12)，与所述电极框(11)连接并围合形成反应腔，所述电极框(11)设置有与所述反应腔相连通的入口(111)和出口(112)；

导电弹簧(13)，设置于所述反应腔内，所述导电弹簧(13)设置为螺旋状延伸的空心结构，所述导电弹簧(13)的数量为两个以上，各所述导电弹簧(13)的一端连接于所述主极板(12)上，另一端向远离所述主极板(12)的一侧延伸并用于弹性支撑设置于所述反应腔内的电极(2)。

2.根据权利要求1所述的电极板(1)，其特征在于，各所述导电弹簧(13)的直径相同，所述导电弹簧(13)均匀分布于所述主极板(12)上，相邻两个所述导电弹簧(13)之间的距离相等。

3.根据权利要求1所述的电极板(1)，其特征在于，所述主极板(12)具有中心区域以及设置于所述中心区域周侧的边缘区域，所述中心区域的所述导电弹簧(13)的直径小于所述边缘区域的所述导电弹簧(13)的直径。

4.根据权利要求3所述的电极板(1)，其特征在于，位于中心区域的相邻两个所述导电弹簧(13)之间的距离小于位于边缘区域的相邻两个所述导电弹簧(13)之间的距离。

5.根据权利要求1所述的电极板(1)，其特征在于，还包括转接件，所述转接件与至少一个所述导电弹簧(13)相连，所述导电弹簧(13)通过所述转接件可拆卸连接在所述主极板(12)上。

6.根据权利要求1所述的电极板(1)，其特征在于，所述导电弹簧(13)敷设有防腐涂层。

7.根据权利要求1所述的电极板(1)，其特征在于，所述电极框(11)具有中空腔，所述主极板(12)将所述中空腔分隔形成沿轴向相对设置的所述反应腔；

所述主极板(12)沿所述轴向的两侧表面上均连接有所述导电弹簧(13)，所述导电弹簧(13)分别用于弹性抵接设置于各所述反应腔内的电极(2)。

8.根据权利要求7所述的电极板(1)，其特征在于，在所述轴向上，所述主极板(12)两侧的所述导电弹簧(13)在所述主极板(12)上的正投影至少部分交叠设置。

9.根据权利要求7所述的电极板(1)，其特征在于，所述导电弹簧(13)沿所述轴向的尺寸为4mm～6mm，且所述导电弹簧(13)沿所述轴向的弹性变形量大于或者等于2mm；

和/或，所述导电弹簧(13)由导电丝呈螺旋状绕制形成，所述导电丝的直径为3mm，绕制形成的所述导电弹簧(13)的直径为8mm～12mm，所述主极板(12)的同一侧表面上，相邻两个所述导电弹簧(13)之间的距离为15cm～25cm。

10.一种电解组件(10)，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任意一项所述的电极板(1)；

电极(2)，设置于反应腔内，所述电极(2)弹性抵接至所述电极板(1)的导电弹簧(13)上。