一種帶有柔性支撐結構的全流域AEM電解槽的制作方法

本發明涉及電解水，尤其是涉及一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽。

背景技術：

1、電解水制氫電解槽的雙極板和多孔傳輸層(ptl)均為電解槽核心零部件，其設計結構直接決定電解槽的組裝難度和動態制氫過程中的三相傳質狀態。目前的aem(陰離子膜aem)電解槽雙極板大多采用小孔徑進液方式，且電解液的流場多為金屬雙極板機加工或者酸液刻蝕而成。在aem電解水制氫技術和制氫設備尚未商業化的今天，國內大多廠家也把關注度放在了如何進一步提高電流密度和制氫效率上面，而雙極板的進液、產氣方式和流場分布、安裝好壞同樣會影響電解槽溫度均勻性和電解性能，甚至決定電解槽的使用壽命。目前小孔徑雙極板和流道存在如下幾個問題：

2、1)雙極板小孔徑進液、產氣會導致雙極板的氣阻和液阻變大，且電解質溶液并不是完全按照設計的流道進行傳質和傳熱，雙極板活性區域內有死角，導致局部過熱、氣泡不能及時被帶走、接觸電阻增大；

3、2)雙極板流道采用機加工方式，制作時間長、成本高，且機加工對雙極板的平面度很難保證；而雙極板流道采用酸液刻蝕工藝，成本高、流道深度的一致性差；

4、3)雙極板流道對膜電極的厚度要求比較嚴格，安裝過程中，膜電極直接與雙極板流道之間的接觸程度很難通過加工精確度來進行把控，這就會導致電解槽內部零部件之間的接觸電阻不一致，影響電解槽的制氫電壓。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，解決了傳統雙極板孔進液和孔出氣而引起的流場有死角的問題。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，所述柔性支撐多孔傳輸層和所述一體化膜電極均安裝在兩個所述全流域雙極板之間，所述全流域雙極板和所述一體化膜電極的外側通過定位孔分別與陰極端壓板和陽極端壓板連接，所述陰極端壓板和所述陽極端壓板通過螺栓孔連接，所述陰極端壓板的背部設置有端壓板進出槽盒。

3、優選的，所述柔性支撐多孔傳輸層包括兩張編織鎳網，兩張所述編織鎳網之間安裝有彈性鎳網，每張所述編織鎳網的厚度為0.2-0.4mm，兩張所述編織鎳網的間距為0.5-1mm。

4、優選的，兩個所述全流域雙極板的正反兩面中央處均設置凹陷結構，每一面所述凹陷結構的頂部和底部分別設置有陰極出液口和陰極進液口，所述陰極出液口的底部和陰極進液口的頂部均對應設置有縱向排列的進液流道槽，所述進液流道槽的深度為0.5-1mm，所述凹陷結構的左右兩側分別設置有陽極出液口和陽極進液口。

5、優選的，所述全流域雙極板為矩形結構，其材質為碳鋼鍍鎳材質，所述凹陷結構為正方形結構。

6、優選的，所述一體化膜電極為五合一結構，依次排列為聚醚醚酮密封框peek、催化劑擴散層gdl、陰離子膜aem、催化劑擴散層gdl和聚醚醚酮密封框peek，上述結構之間均采用聚四氟乙烯膠水粘合連接。

7、優選的，所述聚醚醚酮密封框peek和所述陰離子膜aem的尺寸與所述全流域雙極板的尺寸相同，所述催化劑擴散層gdl的尺寸與所述凹陷結構的尺寸相同。

8、優選的，所述聚醚醚酮密封框peek的厚度與所述凹陷結構的厚度相等，其表達式為δ(雙層peek+陰離子膜aem)＝δ(壓縮后雙層gdl+陰離子膜aem)。

9、優選的，所述陰極端壓板的上下兩側均設置有陰極出氣口，所述所述陰極端壓板的左右兩側分別設置有陽極出氣口，所述陰極端壓板的底部中央處安裝有陰極輸電板。

10、優選的，所述陽極端壓板的底部中央處安裝有陽極輸電板。

11、優選的，所述端壓板進出槽盒為不銹鋼材質，內部為中空結構，出口為活接頭連接方式。

12、因此，本發明采用上述結構的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，具備以下有益效果：

13、(1)電解質溶液進、出通道分別為雙極板長和寬全尺寸，溶液與雙極板接觸充分無死角，這解決了傳統雙極板孔進液和孔出氣而引起的流場有死角的問題。

14、(2)柔性支撐多孔傳輸層(ptl)可對一體化膜電極的厚度進行有效的彈性補償，由于其高彈性特點，對雙極板的加工精度和電極的結構尺寸要求大大降低。

15、(3)全流域雙極板與ptl的結合明顯改善了溶液的流場分布，大大降低了液體流阻，溶液在ptl內部分散性更好，流場也比傳統采用金屬拉伸網的方式更規則。

16、(4)一體化膜電極邊框的聚醚醚酮(peek)為耐溫耐酸堿材質，同時在peek上涂敷聚四氟乙烯膠水可與全流域雙極板之間密封緊固，電解槽耐壓性更好。

17、(5)電解槽核心零部件采用一體化結構，組裝方便，維護成本低，利于大規模批量化生產，工業化更容易實現。

18、下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

技術特征：

1.一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于，包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，所述柔性支撐多孔傳輸層和所述一體化膜電極均安裝在兩個所述全流域雙極板之間，所述全流域雙極板和所述一體化膜電極的外側通過定位孔分別與陰極端壓板和陽極端壓板連接，所述陰極端壓板和所述陽極端壓板通過螺栓孔連接，所述陰極端壓板的背部設置有端壓板進出槽盒。

2.根據權利要求1所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述柔性支撐多孔傳輸層包括兩張編織鎳網，兩張所述編織鎳網之間安裝有彈性鎳網，每張所述編織鎳網的厚度為0.2-0.4mm，兩張所述編織鎳網的間距為0.5-1mm。

3.根據權利要求1所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：兩個所述全流域雙極板的正反兩面中央處均設置凹陷結構，每一面所述凹陷結構的頂部和底部分別設置有陰極出液口和陰極進液口，所述陰極出液口的底部和陰極進液口的頂部均對應設置有縱向排列的進液流道槽，所述進液流道槽的深度為0.5-1mm，所述凹陷結構的左右兩側分別設置有陽極出液口和陽極進液口。

4.根據權利要求3所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述全流域雙極板為矩形結構，其材質為碳鋼鍍鎳材質，所述凹陷結構為正方形結構。

5.根據權利要求3所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述一體化膜電極為五合一結構，依次排列為聚醚醚酮密封框peek、催化劑擴散層gdl、陰離子膜aem、催化劑擴散層gdl和聚醚醚酮密封框peek，上述結構之間均采用聚四氟乙烯膠水粘合連接。

6.根據權利要求5所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述聚醚醚酮密封框peek和所述陰離子膜aem的尺寸與所述全流域雙極板的尺寸相同，所述催化劑擴散層gdl的尺寸與所述凹陷結構的尺寸相同。

7.根據權利要求6所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述聚醚醚酮密封框peek的厚度與所述凹陷結構的厚度相等，其表達式為δ(雙層peek+陰離子膜aem)＝δ(壓縮后雙層gdl+陰離子膜aem)。

8.根據權利要求1所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述陰極端壓板的上下兩側均設置有陰極出氣口，所述所述陰極端壓板的左右兩側分別設置有陽極出氣口，所述陰極端壓板的底部中央處安裝有陰極輸電板。

9.根據權利要求1所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述陽極端壓板的底部中央處安裝有陽極輸電板。

10.根據權利要求1所述的一種帶有柔性支撐結構的全流域aem電解槽，其特征在于：所述端壓板進出槽盒為不銹鋼材質，內部為中空結構，出口為活接頭連接方式。

技術總結
本發明公開了一種帶有柔性支撐結構的全流域AEM電解槽，屬于電解水技術領域。包括柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極，柔性支撐多孔傳輸層和一體化膜電極均安裝在兩個全流域雙極板之間，全流域雙極板和一體化膜電極的外側通過定位孔分別與陰極端壓板和陽極端壓板連接，陰極端壓板和陽極端壓板通過螺栓孔連接，陰極端壓板的背部均設置有端壓板進出槽盒。本發明采用一體化結構，組裝方便，維護成本低，利于大規模批量化生產，工業化更容易實現。解決了傳統雙極板孔進液和孔出氣而引起的流場有死角的問題。改善了溶液的流場分布，大大降低了液體流阻，溶液在PTL內部分散性更好，流場也比傳統采用金屬拉伸網的方式更規則。

技術研發人員：查鵬飛,張曉磊,倪徵,馬守明,張高偉
受保護的技術使用者：氫淶新能源科技（常熟）有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21