CN222809558U - 双极板和电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双极板和电解装置，涉及电解技术领域，其中，双极板包括极板本体和盖板组件；极板本体上冲压形成有电解液入口、阳极出口以及阴极出口；极板本体的相对的两侧分别冲压形成阳极侧流道和阴极侧流道；盖板组件设于极板本体的一侧，盖板组件朝向极板本体的一侧设有第一流道、第二流道以及第三流道，且第一流道的两端分别连通电解液入口和阳极侧流道；第二流道的两端分别连通阴极侧流道和阴极出口；第三流道的两端分别连通阳极侧流道和阳极出口。本实用新型提供的技术方案能够降低生产成本、提高生产效率。

Description

双极板和电解装置

技术领域

本实用新型涉及电解技术领域，特别涉及一种双极板和应用该双极板的电解装置。

背景技术

氢能源作为一种清洁、高效的能源，具有广泛的应用前景。目前，常通过电解水的方法制备氢气，其中，质子交换膜(PEM)电解槽是水解法制氢的关键设备，而电解双极板是PEM电解槽必不可少的构件之一，然而，传统的电解装置中的双极板上的流道通常采用机械加工或者蚀刻的方式，因此双极板的厚度较厚、生产成本高、生产效率低，不利于工业化批量生产。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种双极板和电解装置，旨在改善双极板生产成本高、生产效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的双极板，包括极板本体和盖板组件；所述极板本体上冲压形成有电解液入口、阳极出口以及阴极出口；所述极板本体的相对的两侧分别冲压形成阳极侧流道和阴极侧流道；所述盖板组件设于所述极板本体的一侧，所述盖板组件朝向所述极板本体的一侧设有第一流道、第二流道以及第三流道，且所述第一流道的两端分别连通所述电解液入口和所述阳极侧流道；所述第二流道的两端分别连通所述阴极侧流道和所述阴极出口；所述第三流道的两端分别连通所述阳极侧流道和所述阳极出口。

在一实施方式中，所述盖板组件设于所述极板本体设有所述阳极侧流道的一侧，所述极板本体设有贯通孔，所述贯通孔靠近所述阴极出口设置，且所述贯通孔连通所述阴极侧流道和所述第二流道。

在一实施方式中，所述盖板组件包括：

第一盖板，所述第一盖板朝向所述极板本体的一侧设有所述第一流道；和

第二盖板，所述第二盖板与所述第一盖板设于所述极板本体的同一侧；所述第二盖板朝向所述极板本体的一侧设有所述第三流道；所述第一盖板和所述第二盖板的至少其中一者设有所述第二流道。

在一实施方式中，所述盖板组件背离所述极板本体的一侧为平面；所述双极板还包括第一密封件，所述第一密封件设于所述盖板组件背离所述极板本体的一侧。

在一实施方式中，所述双极板还包括第二密封件，所述第二密封件环绕于所述第一密封件的外围。

在一实施方式中，所述阴极出口设有至少两个。

在一实施方式中，至少两个所述阴极出口关于所述双极板的中心呈中心对称设置；

和/或，所述阳极出口与所述电解液入口关于所述双极板的中心呈中心对称设置。

在一实施方式中，所述阳极侧流道包括依次连通的阳极入口缓冲部、阳极导流部以及阳极出口缓冲部，所述第一流道连通所述阳极入口缓冲部，所述第三流道连通所述阳极出口缓冲部；

和/或，所述阴极侧流道包括相互连通的阴极导流部和阴极出口缓冲部，所述第二流道连通所述阴极出口缓冲部。

在一实施方式中，所述双极板的厚度尺寸为D，0.3mm≤D≤0.5mm。

本实用新型还提出一种电解装置，包括上述的电极板。

本实用新型的技术方案通过使得极板本体上的电解液入口、阳极出口、阴极出口、极板本体的相对的两侧的阳极侧流道和阴极侧流道均通过冲压形成，则冲压工艺相较于机加工或者蚀刻的加工方式，其生产效率更高，便于实现工业化批量生产。由于极板本体的厚度尺寸较小，进而使得极板本体的生产成本降低。同时，由于双极板厚度较薄，因此在实际生产过程中可以通过合理控制压力的大小，便于使得阳极侧流道处能够进行适量的形变，进而增大阳极侧流道与膜电极的接触面积，使得双极板与膜电极实现更好的接触，降低了接触内阻，提高能源利用效率，单位质量的极板的产氢量更高。另外，盖板组件设于极板本体的一侧，则在将盖板组件与极板本体组装时，减少极板本体翻转的频率，从而便于提高盖板组件与极板本体组装的效率，提升生产效率。通过将盖板组件朝向极板本体的一侧设置有第一流道、第二流道以及第三流道，且第一流道的两端分别连通电解液入口和阳极侧流道，第三流道的两端分别连通阳极侧流道和阳极出口，则使得电解液入口、第一流道、阳极侧流道、第三流道以及阳极出口依次连通，进而便于从电解液入口流入的电解液在阳极侧流道进行电解作用后，剩余的电解液和产生的阳极气体能顺利地从阳极出口流出。通过将第二流道的两端分别连通阴极侧流道和阴极出口，则便于使得阴极侧形成的阴极气体能够顺利从阴极出口流出。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的双极板一实施例的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型提供的双极板一实施例装配后的阳极侧的示意图(其中双极板中的盖板组件呈透视状态)；

图3为本实用新型提供的双极板一实施例装配后的阴极侧的示意图(其中双极板中的盖板组件呈透视状态)；

图4为本实用新型提供的双极板中第一盖板的一实施例的背面结构示意图；

图5为本实用新型提供的双极板中第二盖板的一实施例的背面结构示意图。

附图标号说明：

100、极板本体；101、电解液入口；102、阳极出口；103、阴极出口；104、贯通孔；110、阳极侧流道；111、阳极入口缓冲部；112、阳极导流部；113、阳极出口缓冲部；120、阴极侧流道；121、阴极导流部；122、阴极出口缓冲部；

200、盖板组件；210、第一盖板；211、第一流道；220、第二盖板；221、第三流道；201、第二流道；

300、第一密封件；

400、第二密封件；

500、第三密封件；

600、第四密封件。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

氢能源作为一种清洁、高效的能源，具有广泛的应用前景。目前，常通过电解水的方法制备氢气，其中，质子交换膜(PEM)电解槽是水解法制氢的关键设备，而电解双极板是PEM电解槽必不可少的构件之一，然而，传统的电解装置中的双极板上的流道通常采用机械加工或者蚀刻的方式，因此双极板的厚度较厚、生产成本高、生产效率低，不利于工业化批量生产。

为了改善双极板生产成本高、生产效率低的问题，本实用新型提出一种双极板。

在本实用新型一实施例中，请结合参照图1至图5，该双极板包括极板本体100和盖板组件200；极板本体100上冲压形成有电解液入口101、阳极出口102以及阴极出口103；极板本体100的相对的两侧分别冲压形成阳极侧流道110和阴极侧流道120；盖板组件200设于极板本体100的一侧，盖板组件200朝向极板本体100的一侧设有第一流道211、第二流道201以及第三流道221，且第一流道211的两端分别连通电解液入口101和阳极侧流道110；第二流道201的两端分别连通阴极侧流道120和阴极出口103；第三流道221的两端分别连通阳极侧流道110和阳极出口102。

极板本体100上的电解液入口101是指用以供电解液通入的入口。通常情况下极板本体100在沿其厚度方向上具有相对的两个表面，其中一个表面用以作为阳极侧，另一个表面则作为阴极侧。在阳极侧，极板本体100上形成有阳极侧流道110，以便于使得从电解液入口101通入的电解液在阳极侧流道110中发生电解作用后形成的阳极气体(例如氧气)和电解后的液体通过阳极出口102流出；在阴极侧，极板本体100上形成有阴极侧流道120，则便于在阴极侧流道120中发生电解作用后产生的阴极气体(例如氢气)通过阴极出口103流出。本实用新型技术方案中的双极板应用于电解装置中，在电解装置中，可设置至少两个相对设置的双极板，两个双极板的其中一者的阳极侧与两个双极板的其中之另一者的阴极侧相对设置，且其中一者的阳极侧与其中之另一者的阴极侧之间可设有质子交换膜，因此当电解液通入其中一者的阳极侧时，则在阳极侧流道110电解产生的阳极气体和电解液流向阳极出口102，而产生的氢离子可通过质子交换膜进入另一双极板的阴极侧并在阴极侧流道120形成氢气后接着从该阴极侧的阴极出口103流出。本实用新型技术方案中的双极板中的电解液入口101、阳极出口102以及阴极出口103均贯通极板本体100在厚度方向上的两侧面。电解液入口101的形状可以为矩形、圆形或者其他形状。阳极出口102的形状可以为矩形、圆形或者其他形状。阴极出口103的形状可以为矩形、圆形或者其他形状。电解液入口101、阳极出口102以及阴极出口103的形状、尺寸可以相同或者不同。

盖板组件200设于极板本体100的一侧，则便于盖板组件200与极板本体100进行装配，从而减少极板本体100翻转的装配步骤。盖板组件200朝向极板本体100的一侧设有第一流道211、第二流道201以及第三流道221，需要说明的是，第一流道211、第二流道201以及第三流道221可同时设于同一个盖板上，或者这三者分别设于不同的盖板上，亦或者第一流道211与第二流道201同时设于一个盖板上，第三流道221设于另一盖板上，设有第三流道221的盖板上还可以设置有第二流道201等。将第一流道211的两端分别连通电解液入口101和阳极侧流道110，第三流道221的两端分别连通阳极侧流道110和阳极出口102，则实现了电解液入口101、第一流道211、阳极侧流道110、第三流道221以及阳极出口102依次连通的效果，进而便于电解液从电解液入口101进入后能够通过第一流道211顺畅地进入阳极侧流道110进行电解作用，进而再通过第三流道221顺畅地从阳极出口102排出阳极气体和电解液。通过将第二流道201的两端分别连通阴极侧流道120和阴极出口103，则便于阴极侧流道120通过第二流道201顺利地从阴极出口103流出。具体地，第一流道211可以为直线型流道或者曲线型流道；第二流道201可以为直线型流道或者曲线型流道；第三流道221可以为直线型流道或者曲线型流道。阳极侧流道110可以为直线型流道或曲线型流道；阴极侧流道120可以为直线型流道或曲线型流道。另外，第一流道211可以设置一条或者多条；第二流道201可以设置一条或者多条；第三流道221可以设置一条或者多条；阳极侧流道110可以设置一条或者多条；阴极侧流道120可以设置一条或者多条。可以理解的是，当第一流道211、第二流道201、第三流道221、阳极侧流道110以及阴极侧流道120设有多条时，则对电解液和气体的导流更加均匀，减少出现电解死区的风险。

本实用新型的技术方案通过使得极板本体100上的电解液入口101、阳极出口102、阴极出口103、极板本体100的相对的两侧的阳极侧流道110和阴极侧流道120均通过冲压形成，则冲压工艺相较于机加工或者蚀刻的加工方式，其生产效率更高，便于实现工业化批量生产。由于极板本体100的厚度尺寸较小，进而使得极板本体100的生产成本降低。同时，由于双极板厚度较薄，因此在实际生产过程中可以通过合理控制压力的大小，便于使得阳极侧流道110处能够进行适量的形变，进而增大阳极侧流道110与膜电极的接触面积，使得双极板与膜电极实现更好的接触，降低了接触内阻，提高能源利用效率，单位质量的极板的产氢量更高。另外，盖板组件200设于极板本体100的一侧，则在将盖板组件200与极板本体100组装时，减少极板本体100翻转的频率，从而便于提高盖板组件200与极板本体100组装的效率，提升生产效率。通过将盖板组件200朝向极板本体100的一侧设置有第一流道211、第二流道201以及第三流道221，且第一流道211的两端分别连通电解液入口101和阳极侧流道110，第三流道221的两端分别连通阳极侧流道110和阳极出口102，则使得电解液入口101、第一流道211、阳极侧流道110、第三流道221以及阳极出口102依次连通，进而便于从电解液入口101流入的电解液在阳极侧流道110进行电解作用后，剩余的电解液和产生的阳极气体能顺利地从阳极出口102流出。通过将第二流道201的两端分别连通阴极侧流道120和阴极出口103，则便于使得阴极侧形成的阴极气体能够顺利从阴极出口103流出。

在本实用新型的一实施例中，请结合参照图1、图3以及图5，盖板组件200设于极板本体100设有阳极侧流道110的一侧，极板本体100设有贯通孔104，贯通孔104靠近阴极出口103设置，且贯通孔104连通阴极侧流道120和第二流道201。

通过将盖板组件200设于极板本体100设有阳极流道的一侧，极板本体100上开设有靠近阴极出口103的贯通孔104，且贯通孔104连通阴极侧流道120和第二流道201，则在氢气生成的一侧，经过阴极侧流道120进入贯通孔104内，接着从贯通孔104流向得让流道，最后再从与第二流道201连通的阴极出口103流出。

当然，在其他实施例中，极板本体100上也可不设置贯通孔104，而是将第二流道201通过部分阴极出口103连通阴极侧流道120。

在本实用新型的一实施例中，请结合参照图2、图4以及图5，盖板组件200包括第一盖板210和第二盖板220，第一盖板210朝向极板本体100的一侧设有第一流道211；第二盖板220与第一盖板210设于极板本体100的同一侧；第二盖板220朝向极板本体100的一侧设有第三流道221；第一盖板210和第二盖板220的至少其中一者设有第二流道201。

可以理解的是，电解液入口101和阳极出口102通常分别设于极板本体100的两端，通过使得第一盖板210朝向极板本体100的一侧设有第一流道211，第二盖板220朝向极板本体100的一侧设有第三流道221，则第一流道211和第三流道221分别设于不同的盖板上，进而便于第一流道211和第三流道221的加工。另外，通过将第一盖板210和第二盖板220的至少其中一者设有第二流道201，则可以使得第一流道211与第二流道201形成于同一盖板上，或者第三流道221与第二流道201形成于同一盖体上，进而减少了盖板组件200中盖板的数量，进而便于装配，提高装配效率。通过将第一盖板210和第二盖板220设于极板本体100的同一侧，则使得第一盖板210和第二盖板220在与极板本体100组装时更加便捷，减少在这三者装配过程中需要翻转极板本体100的情况，提高了生产效率。

当然，在其他示例中，第一流道211、第二流道201以及第三流道221可分别设于不同的盖板上。

在本实用新型的一实施例中，请结合参照图1和图2，盖板组件200背离极板本体100的一侧为平面；双极板还包括第一密封件300，第一密封件300设于盖板组件200背离极板本体100的一侧。

通过将盖板组件200背离极板本体100的一侧设置为平面，则便于在盖板组件200背离极板本体100的一侧安装密封件，减少密封件堵塞盖板组件200上的第一流道211和/或第二流道201和/或第三流道221的风险。通过将第一密封件300设于盖板组件200背离极板本体100的一侧，则该第一密封件300可以起到双极板两侧的气体相互隔离的效果，即减少制得的氧气向外或向氢气侧泄漏的风险。

在本实用新型的一实施例中，请结合参照图1和图2，双极板还包括第二密封件400，第二密封件400环绕于第一密封件300的外围。

通过在第一密封件300外还环绕有第二密封件400，则其与第一密封件300共同起到双层密封的效果，进一步减少氧气向外泄漏的风险。

当然，请结合参照图1和图3，双极板设有阴极侧流道120的一侧也可安装有第三密封件500，第三密封件500对应阴极出口103设置，从而减少氢气向外泄漏或向氧气侧泄漏的风险。进一步地，第三密封件500外还环绕有第四密封件600。如此设置，则第四密封件600与第三密封件500共同起到双层密封阴极侧的效果，进一步减少氢气向外泄漏的风险。

在本实用新型的一实施例中，如图2或图3所示，阴极出口103设有至少两个。

具体地，阴极出口103可以设置两个、三个、四个或者更多个。至少两个阴极出口103可同时设于极板本体100的同一端，或者可分别设于极板本体100的两端。通过设置至少两个阴极出口103，则便于提高制氢的效率。

在本实用新型的一实施例中，如图2或图3所示，至少两个阴极出口103关于双极板的中心呈中心对称设置。

通过将至少两个阴极出口103关于双极板的中心呈中心对称设置，则产生的氢气可以分别朝双极板的至少两个阴极出口103同时排出，进而提高了制氢效率。另外，如此设置还便于加工制造，提高双极板的生产效率。

在本实用新型的一实施例中，如图2或图3所示，阳极出口102与电解液入口101关于双极板的中心呈中心对称设置。

通过将阳极出口102与电解液入口101关于双极板的中心呈中心对称设置，则使得从电解液入口101流入的电解液在向阳极出口102排出之前能够具有足够的时间进行充分的电解反应，进而便于提高电解液的利用率，使得向阳极出口102排出的氧气和向阴极出口103排出的氢气更多，从而提高了制氢效率。

在本实用新型的一实施例中，如图2所示，阳极侧流道110包括依次连通的阳极入口缓冲部111、阳极导流部112以及阳极出口缓冲部113，第一流道211连通阳极入口缓冲部111，第三流道221连通阳极出口缓冲部113。

阳极入口缓冲部111，其用以对从电解液入口101流入的电解液的流速进行缓冲，减少电解液直接越过电解区域而快速排出的风险，从而便于使得电解液能够被充分电解。阳极导流部112，用以对电解液以及电解后形成的氧气进行导流，以便于电解液和形成的氧气能够朝阳极出口102的方向流动。阳极出口缓冲部113，用以对电解后形成的氧气和电解液进行缓冲，从而使得排出的氧气和电解液更加平稳。

具体地，阳极入口缓冲部111、阳极出口缓冲部113可为凸设于极板本体100上的凸点结构，该凸点结构为冲压形成，凸点结构可设有多排和/或多列。阳极导流部112为较长的流道，该阳极导流部112可以为直线型流道，也可以为曲线型流道。

在本实用新型的一实施例中，如图3所示，阴极侧流道120包括相互连通的阴极导流部121和阴极出口缓冲部122，第二流道201连通阴极出口缓冲部122。

阴极导流部121，用以对电解液以及电解后形成的氢气进行导流，以便于电解液和形成的氢气能够朝阴极出口103的方向流动。阴极出口缓冲部122，用以对电解后形成的氢气进行缓冲，从而使得排出的氢气更加平稳。

具体地，阴极入口缓冲部可为凸设于极板本体100上的凸点结构，该凸点结构为冲压形成，凸点结构可设有多排和/或多列。阴极导流部121为较长的流道，该阳极导流部112可以为直线型流道，也可以为曲线型流道。

在本实用新型的一实施例中，双极板的厚度尺寸为D，0.3mm≤D≤0.5mm。

具体地，双极板的厚度尺寸D可以为0.3mm、0.4mm或者0.5mm。通过将双极板的厚度尺寸D设置为不小于0.3mm，则保证双极板在冲压过程中具有足够的强度。通过将双极板的厚度尺寸D设置为不大于0.5mm，则便于双极板能够通过冲压模具进行冲压工艺，提高了生产效率；如此设置，还能使得双极板的厚度较薄，降低了双极板的质量和成本。

本实用新型还提出一种电解装置，该电解装置包括双极板，该双极板的具体结构参照上述实施例，由于本电解装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的示例性的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的技术构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种双极板，其特征在于，包括：

极板本体，所述极板本体上冲压形成有电解液入口、阳极出口以及阴极出口；所述极板本体的相对的两侧分别冲压形成阳极侧流道和阴极侧流道；和

盖板组件，所述盖板组件设于所述极板本体的一侧，所述盖板组件朝向所述极板本体的一侧设有第一流道、第二流道以及第三流道，且所述第一流道的两端分别连通所述电解液入口和所述阳极侧流道；所述第二流道的两端分别连通所述阴极侧流道和所述阴极出口；所述第三流道的两端分别连通所述阳极侧流道和所述阳极出口。

2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述盖板组件设于所述极板本体设有所述阳极侧流道的一侧，所述极板本体设有贯通孔，所述贯通孔靠近所述阴极出口设置，且所述贯通孔连通所述阴极侧流道和所述第二流道。

3.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述盖板组件包括：

第一盖板，所述第一盖板朝向所述极板本体的一侧设有所述第一流道；和

第二盖板，所述第二盖板与所述第一盖板设于所述极板本体的同一侧；所述第二盖板朝向所述极板本体的一侧设有所述第三流道；所述第一盖板和所述第二盖板的至少其中一者设有所述第二流道。

4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述盖板组件背离所述极板本体的一侧为平面；所述双极板还包括第一密封件，所述第一密封件设于所述盖板组件背离所述极板本体的一侧。

5.如权利要求4所述的双极板，其特征在于，所述双极板还包括第二密封件，所述第二密封件环绕于所述第一密封件的外围。

6.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述阴极出口设有至少两个。

7.如权利要求6所述的双极板，其特征在于，至少两个所述阴极出口关于所述双极板的中心呈中心对称设置；

和/或，所述阳极出口与所述电解液入口关于所述双极板的中心呈中心对称设置。

8.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述阳极侧流道包括依次连通的阳极入口缓冲部、阳极导流部以及阳极出口缓冲部，所述第一流道连通所述阳极入口缓冲部，所述第三流道连通所述阳极出口缓冲部；

和/或，所述阴极侧流道包括相互连通的阴极导流部和阴极出口缓冲部，所述第二流道连通所述阴极出口缓冲部。

9.如权利要求1至8中任意一项所述的双极板，其特征在于，所述双极板的厚度尺寸为D，0.3mm≤D≤0.5mm。

10.一种电解装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的双极板。