一種車載氫燃料電池電解發生槽的制作方法

一種車載氫燃料電池電解發生槽的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種車載氫燃料電池電解發生槽，包括：在密封設置的槽體中依次疊置的陽極鈦極板、離子交換膜和陰極鈦極板，其中陽極鈦極板、陰極鈦極板與離子交換膜之間均有密封絕緣硅膠隔開極細密封空腔，其特征是，加壓板壓緊的將所述陽極鈦極板、所述離子交換膜和所述陰極鈦極板緊密壓實在一起，水管連通到所述離子交換膜，氧氣管和氫氣管分別貫穿的連通到所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板。本發明利用多孔裂紋的顯微結構的固體聚合物電解質陽離子交換膜作為陰陽電極板之間的介質，能夠有利于電解質的水解接觸面積，以及水解過程，同時采用加壓板將電極板和離子交換膜之間壓緊的方式安裝電解槽，這樣能夠減小介質電阻率，減少槽體的發熱量。
【專利說明】
—種車載氫燃料電池電解發生槽

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種車載氫燃料電池電解發生槽，屬于氫能源【技術領域】，尤其涉及一種車載氫燃料電池電解發生槽。

【背景技術】
[0002]傳統汽車行業普遍仍以汽油柴油等不可再生能源，作為燃料產生動力，而其中通過汽柴油的燃燒所產生的化學能在轉化為動能的同時，根據國內外的相關研究及測定，70%左右的能量通過高溫及燃燒不充分的尾氣排放及各管路的熱能耗散而浪費掉了。眾所周知，化石燃料的廣泛利用所帶來的尾氣排放不僅給環境帶來了嚴重的負擔，而且，其不可再生的特性及目前較高的不可替代性導致汽車的使用成本逐年上升。世界各國家及地區，如美國也好，歐盟地區也好，在碳排放的問題上越來越重視，國內對節能減排的重視程度也上升到了國家戰略的高度，對相關產品的扶植及政策傾斜的力度也是空前的加強。
[0003]在考慮環保、利用耗散能量及最大化燃燒的化學能效率等節能減排的方案上，鑒于氫能源的可再生性，純水排放無污染性及高能量轉化率，氫能源的利用對于傳統燃油具有良好的輔助甚至替代特性。傳統燃油輔以氫氧氣體輔燃助燃，可以提高熱能-動能轉換效率，提升燃油利用率，減少尾氣排放，降低環境負擔，是能源利用領域必然經過的發展途徑之一。
[0004]氫氣燃燒熱能是汽油的三倍，燃燒速度是汽油的5倍，具有較高的熱能和較快的燃燒速度。添加氫氣到發動機，其燃燒可有效縮短發動機滯燃期，減少發動機熱量損耗，明顯提高發動機的動能轉化效率。同時發動機供氣中氧氣含量增加，燃料分子與氧氣分子接觸的機會增加，使得燃燒更加完全，從而有效提高燃料利用率。而供氣中氮氣的含量相對下降，內燃機排氣總量減少，排氣中帶出的熱量也相應減少。氫氣燃燒產物為無污染的純水，富氧環境促進碳煙及有害氣體的氧化，降低顆粒物和有害氣體的排放。通過修正ECU數據，減少噴油量，可以使發動機動力增強或保持不變，來達到節油效果。


【發明內容】

[0005]本發明采取一種壓緊的方式設置兩個極板及其之間的交換膜的車載氫燃料電池電解發生槽，本發明的技術方案為:
如圖1-4所示，一種車載氫燃料電池電解發生槽，包括:在密封設置在槽體中依次疊置的陽極鈦極板、離子交換膜和陰極鈦極板，其特征是，加壓板壓緊的將所述陽極鈦極板、所述離子交換膜和所述陰極鈦極板緊密壓實在一起，水管連通到所述離子交換膜，氧氣管和氫氣管分別貫穿的連通到所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板。
[0006]本發明的一種較佳實施例為，所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板之間，除去所述離子交換膜以外的面積上涂有絕緣膠，所述離子交換膜和所述絕緣膠共同組成一層介質，所述介質能夠避免所述陰極鈦極板與所述陽極鈦極板的直接電連接。
[0007]本發明的一種較佳實施例為，在所述加壓板作用下，所述介質厚度被壓縮，壓縮狀態下的所述介質厚度為4-6微米。
[0008]本發明的一種較佳實施例為，所述槽體為帶有蓋板的密封盒體結構，所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板均設有一電極伸出所述槽體外，所述氧氣管、所述氫氣管和所述水管均周向邊緣密封的通入所述槽體內部。
[0009]本發明的一種較佳實施例為，所述蓋板上螺旋連接有若干個頂緊螺絲，所述頂緊螺絲一端能夠螺紋移動的頂向所述加壓板。
[0010]本發明的一種較佳實施例為，所述蓋板上均勻排布有10個所述頂緊螺絲，10個所述頂緊螺絲能夠為所述加壓板提供4噸的壓力，所述壓力用于將所述陰極鈦極板、所述離子交換膜和所述陽極鈦極板壓緊在所述槽體底板上。
[0011]本發明的一種較佳實施例為，所述陽極鈦極板與所述加壓板之間或者所述陽極鈦極板與所述槽體底板之間設有一層高強度尼龍絕緣板。
[0012]本發明的一種較佳實施例為，所述氫氣管貫穿的連通所述陰極鈦極板一側通到所述離子交換膜，所述氧氣管貫穿的連通所述陽極鈦極板一側通到所述離子交換膜。
[0013]本發明的一種較佳實施例為，所述水管從所述陽極鈦極板一側通入所述電解槽，且所述水管貫穿所述陽極鈦極板連通到所述離子交換膜。
[0014]本發明的一種較佳實施例為，所述離子交換膜的顯微結構為多孔裂紋結構，所述離子交換膜為固體聚合物電解質陽離子交換膜。
[0015]本發明的一種較佳實施例為，所述槽體和所述加壓板均由淬火鋼材制成。
[0016]本發明的一種較佳實施例為，所述陽極與陰極鈦極板均有特殊防氧化、抗電解涂層防止極板被氧化，電解，保持極板活性。
[0017]本發明的一種較佳實施例為，所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板與所述槽體絕緣的固定在一起。
[0018]本發明所達到的有益效果:本發明利用多孔裂紋的顯微結構的固體聚合物電解質陽離子交換膜作為陰陽電極板之間的介質，能夠有利于電解質的水解接觸面積，以及水解過程，同時采用加壓板將電極板和離子交換膜之間壓緊的方式安裝電解槽，這樣能夠減小介質電阻率，減少槽體的發熱量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明優選實施例的主視圖；
圖2是本發明優選實施例的后視圖；
圖3是本發明優選實施例的橫截面剖視圖；
圖4是本發明優選實施例的絕緣膠與離子交換膜在極板上的位置分布圖；
圖中:1、槽體，2、陽極鈦極板，3、陰極鈦極板，4、離子交換膜，5、氧氣管，6、氫氣管，7、水管，8、絕緣膠，9、加壓板，10、尼龍絕緣板，11、底板，12、蓋板，13、電極，14、頂緊螺絲，15、緊固螺絲。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0021]一種車載氫燃料電池電解發生槽，包括:在密封設置在槽體I中依次疊置的陽極鈦極板2、離子交換膜4和陰極鈦極板3，加壓板9壓緊的將陽極鈦極板2、離子交換膜4和陰極鈦極板3緊密壓實在一起，水管7連通到離子交換膜4，氧氣管5和氫氣管6分別貫穿的連通到陰極鈦極板3和陽極鈦極板2。
[0022]本發明的一種實施例中，螺紋連接有10個頂緊螺絲14的蓋板12與加壓板9組成的壓緊結構將陽極鈦極板2、離子交換膜4和陰極鈦極板3層疊的設置在槽體I中，使得兩個極板之間間隙較小(約5微米)，在加壓板作用下，介質或離子交換膜4的厚度被壓縮，壓縮狀態下的介質或離子交換膜4的厚度為4-6微米，優選5微米。這樣極板與離子交換膜4之間能夠緊密接觸，此種方式能夠有效減小離子交換膜4作為極板間介質的介質電阻率，有利于減小電解槽的發熱量，提高電解效率，將電能有效的對水進行電解，而不是產生熱量消耗浪費掉；水管7、氧氣管5和氫氣管6分別就近連接到槽體I內，有利于電解液進入到離子交換膜4，有利于氧氣和氫氣分別的輸出。
[0023]本發明的蓋板12上螺旋連接有若干個頂緊螺絲14，頂緊螺絲14 一端能夠螺紋移動的頂向加壓板9。蓋板的邊緣與槽體通過緊固螺絲固定連接，若干個緊固螺絲均勻的環繞蓋板邊緣一周排布。
[0024]蓋板12上均勻排布有10個頂緊螺絲14，10個頂緊螺絲14能夠為加壓板提供4噸的壓力，壓力用于將陰極鈦極板、離子交換膜和陽極鈦極板壓緊在槽體底板上。
[0025]陰極鈦極板3和陽極鈦極板2之間，除去離子交換膜4以外的面積上涂有絕緣膠8，離子交換膜4和絕緣膠8共同組成一層介質，介質能夠避免陰極鈦極板3和陽極鈦極板2之間直接電連接。這樣有利于壓緊的放置陽極鈦極板2、離子交換膜4和陰極鈦極板3，防止通電后，兩電極13之間形成通路，使得電解槽失效。
[0026]加壓板9將陽極鈦極板2、離子交換膜4和陰極鈦極板3緊密壓實在槽體I的底板11上，陽極鈦極板2與加壓板9之間或者陽極鈦極板2與底板11之間設有一層尼龍絕緣板10，有效的減小了電解回路的電阻，提高了電解效率。加壓板9和槽體I的底板11能夠共同從相對的兩個方向對電極13板和離子交換膜4進行壓緊，結構更加穩定，尼龍絕緣板10的設置有利于避免加壓板9和陽極鈦極板2直接電連接或加壓板9和陰極鈦極板3直接電連接，從而使得電解槽失效或者效能下降，同時尼龍材質的尼龍絕緣板10具有很強的韌性和彈性，能夠有效傳遞加壓板9的壓力，使得壓實更加緊密。
[0027]槽體I為帶有蓋板12的密封盒體結構，陰極鈦極板3和陽極鈦極板2均設有一電極13伸出槽體I外，氧氣管5、氫氣管6和水管7均周向邊緣密封的通入槽體I內部。蓋板12有利于提高槽體I的密封性能夠，防止電解液或者氣體外泄；伸出去的電極13有利于接通外接電源線，氧氣管5和氫氣管6有利于氣體的輸出。
[0028]氫氣管6貫穿的連通陰極鈦極板3 —側通到離子交換膜4，氧氣管5貫穿的連通陽極鈦極板2 —側通到離子交換膜4。這樣在離子交換膜4靠近陰極鈦極板3 —側產生的氫氣能夠容易被收集到氫氣管6內并輸出，在離子交換膜4靠近陽極鈦極板2 —側產生的氧氣能夠容易被收集到氧氣管5內并輸出。
[0029]水管7從陽極鈦極板2 —側通入電解槽，且水管7貫穿陽極鈦極板2連通到離子交換膜4。水管7有利于將電解液順利注入到離子交換膜4內，并與氧氣管5形成一定程度的互通循環結構，氣體、水蒸氣甚至小部分的電解液能夠從氧氣管5輸出。
[0030]槽體I和加壓板9均由鋼材制成。鋼材質強度較高，相對不易腐蝕，也不易變形，能夠保證壓緊狀態的電極13板和離子交換膜4的緊實度，同時能夠保證電解槽的密封性能。
[0031]陰極鈦極板3和陽極鈦極板2與槽體I絕緣的固定在一起，離子交換膜4的顯微結構為多孔裂紋結構，有利于增加電解質與離子交換膜4的以及電極板之間的接觸面積，使得電解效率得以提聞。
[0032]離子交換膜4為固體聚合物電解質陽離子交換膜是發生電解的主要場所，配合電極電場力作用，氫離子可通過隔膜上的微孔到達陰極，形成氫氣。相比傳統堿性電解制氫氣的燃料電池技術，采用離子交換膜電解效率提高10倍以上，能耗減小5倍以上，且杜絕了有害的堿性廢液，環保無污染。
[0033]陽極鈦極板3與陰極鈦極板2上涂覆有特殊的抗氧化、抗電解的納米保護涂層，增大極板表面積，增強極板對氣體的吸附能力，最大限度的保持電極板的活性。
[0034]本發明利用固體聚合物電解質陽離子交換膜，通過獨有金屬納米顆粒催化劑及催化劑覆膜專有工藝，轉化車船發電機所產生的盈余電能電解產生氫氧氣體，智能調節氫氧氣體比例，重新注入發動機，達到減少發動機內部積碳，提高發動機的工作效率、降低熱能損耗、高效節油、增強馬力、減少廢氣排放及延長發動機壽命等作用。空氣進氣管及油箱入口配置納米材料制作的氫氧分子霧化器，使氫氧分子納米化，增強氫氧氣體活力，提高氧分子對燃油的承載量。產生的氧氣同時可用于車室內供氧，保持車內空氣清新，緩解高原及惡劣天氣情況下人體不適反應。本產品屬于氫能源領域，主要定位于有一定年限的營運車船使用上，為客戶降低長途油耗成本20°/Γ30%，有巨大的潛在市場。
[0035]氫氣燃燒熱能是汽油的三倍，燃燒速度是汽油的5倍，具有較高的熱能和較快的燃燒速度。添加氫氣到發動機，其燃燒可有效縮短發動機滯燃期，減少發動機熱量損耗，明顯提高發動機的動能轉化效率。同時發動機供氣中氧氣含量增加，燃料分子與氧氣分子接觸的機會增加，使得燃燒更加完全，從而有效提高燃料利用率。而供氣中氮氣的含量相對下降，內燃機排氣總量減少，排氣中帶出的熱量也相應減少。氫氣燃燒產物為無污染的純水，富氧環境促進碳煙及有害氣體的氧化，降低顆粒物和有害氣體的排放。通過修正ECU數據，減少噴油量，可以使發動機動力增強或保持不變，來達到節油效果。
[0036]基于SPE離子交換膜技術的便攜車載氫燃料電池，在國內來講屬于新興技術。而將此技術與控制系統集成，配套到營運車船，將產生的氫氧氣體輸入到發動機輔燃助燃，達到節能減排增強動力的目的，更是極其罕見。相比傳統水電解制氫，SPE氫燃料電池技術具有下列優點:
不需要添加堿性電解質，純水制氫，無腐蝕，無污染。
[0037]槽電壓低，槽內阻低，熱損耗低。
[0038]氫氣純度高，產量穩定。
[0039]電解效率高，能效可達95%以上。
[0040]采用納米顆粒的電催化劑具有如下優點:
Α、電極板對氣體的吸附能力很強，從而具有高催化活性；
B、屬熱的良導體，且易形成合金；
C、獨特膜表面納米加工技術，形成獨特多孔多裂紋的顯微結構，大幅提高電催化劑催化效率； D、在酸性環境中有很高的穩定性。
[0041]而將SPE電解制氫技術與控制系統結合，其獨特性和競爭優勢主要體現在以下兩大方面。
[0042]電解槽部分:
A、獨有工藝制備附加金屬催化劑的電解薄膜。
[0043]B、獨特導電結構設計，防止電解薄膜對電極13造成機械損傷。電極13結構的巧妙設計，保證電解效率。
[0044]C、電極板的特殊表面處理，使電解槽使用壽命大幅延長。
[0045]本發明的在實驗階段已經達到:電解槽供電電壓及使用功率穩定，1200CC出氣總量的整機重量小于25kg。
[0046]普通水電解產生氫氣,按是否使用堿電解液,可以分為兩類。不使用堿液，因為水的電阻很大，將會有很大一部分的電能浪費在加熱水上(約90%);而使用堿液的話，因為堿液的強腐蝕性，又會對環境產生很大污染。兩者都不太可能用于車船有效的節能減排上。而SPE電解膜技術可以同時解決這兩個問題。
[0047]本發明使用時，通常采用多個電解槽電串聯的方式設置在一起，并通過統一的供水系統，以及將電解產生的氫氣和氧氣通過匯集到一個分別統一的氣路中輸出，并送達車船的發動機內，助燃。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種車載氫燃料電池電解發生槽，包括:在密封設置在槽體中依次疊置的陽極鈦極板、離子交換膜和陰極鈦極板，其特征是，加壓板壓緊的將所述陽極鈦極板、所述離子交換膜和所述陰極鈦極板緊密壓實在一起，水管連通到所述離子交換膜，氧氣管和氫氣管分別貫穿的連通到所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板。
2.根據權利要求1所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板之間，除去所述離子交換膜以外的面積上涂有絕緣硅膠，所述離子交換膜和所述絕緣膠共同組成一層介質，所述介質能夠避免所述陰極鈦極板與所述陽極鈦極板的直接電連接。
3.根據權利要求2所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，在所述加壓板作用下，所述介質厚度被壓縮，壓縮狀態下的所述介質厚度為4-6微米。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述槽體為帶有蓋板的密封盒體結構，所述陰極鈦極板和所述陽極鈦極板均設有一電極伸出所述槽體外，所述氧氣管、所述氫氣管和所述水管均周向邊緣密封的通入所述槽體內部。
5.根據權利要求4所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述蓋板上螺旋連接有若干個頂緊螺絲，所述頂緊螺絲一端能夠螺紋移動的頂向所述加壓板。
6.根據權利要求5所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述蓋板上均勻排布有10個所述頂緊螺絲，10個所述頂緊螺絲能夠為所述加壓板提供4噸的壓力，所述壓力用于將所述陰極鈦極板、所述離子交換膜和所述陽極鈦極板壓緊在所述槽體底板上。
7.根據權利要求1或5或6所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述陽極鈦極板與所述加壓板之間或者所述陽極鈦極板與所述槽體底板之間設有一層高強度尼龍絕緣板。
8.根據權利要求4所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述氫氣管貫穿的連通所述陰極鈦極板一側通到所述離子交換膜，所述氧氣管貫穿的連通所述陽極鈦極板一側通到所述離子交換膜。
9.根據權利要求4所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述水管從所述陽極鈦極板一側通入所述電解槽，且所述水管貫穿所述陽極鈦極板連通到所述離子交換膜。
10.根據權利要求1或2或3后5或6或8或9所述的一種車載氫燃料電池電解發生槽，其特征是，所述離子交換膜的顯微結構為多孔裂紋結構，所述離子交換膜為固體聚合物電解質陽離子交換膜。
【文檔編號】H01M8/06GK104300166SQ201410565081
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】李相鵬, 黃海波, 陳立國, 任子武, 楊浩, 汝長海, 錢樹樓, 劉吉柱, 孫立寧 申請人:蘇州大學