一种新型水电解槽双极板的制作方法

1.本发明涉及水电解制氢设备技术领域，具体涉及一种新型水电解槽双极板。


背景技术：

2.随着能源结构的不断优化，氢能在我国终端能源体系中的占比不断提高，对制氢装置的制氢效率、能耗要求等也越高。其中水电解制氢是生产绿氢的主要方式，碱性电解槽作为最为成熟的电解技术占据着主导地位。双极式电解槽是应用较为广泛的碱性电解槽，由若干电解小室以串联的方式构成一个整体，每两个极板间为一个电解小室，小室中间设有分隔氢气和氧气的隔膜。其中每个小室的阳极板同时是紧邻小室的阴极板，同样阴极板也是紧邻小室的阳极板，一块极板正反两面具有相反极性，故称之为双极板。双极式电解槽主要由端板、阳极板、阴极板、双极板、隔膜等部件构成。
3.在水电解过程中，阴、阳极板和双极板上会不断产生气体，当气体逸出速度小于气体产生速度时，越来越多的气体会附着在电极表面，占据电极表面的活性点，增加电极的过电位，同时扩散到电解液中，使得电解液的含气度增大，减小了电解液的有效截面积，致使电流通过电解液时电阻增加及电压损耗增大。因此提高双极板与电解液有效截面积可实现制氢效率的提高。此外，电解槽中气体的传输和排出主要是依靠双极板上的集气孔，因此通过模拟双极板不同电解区域氢气和氧气的累积速率和逸散路径，在适当位置增加集气孔数量，加快气体逸出，减小气泡影响，对降低电解能耗、提高经济效益具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高有效截面积、多集气孔的新型水电解槽双极板。
5.本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种新型水电解槽双极板，包括板状结构的水电解双极板本体，所述水电解双极板本体包括由内到外依次布置的电解区、气液进出区和极板框，所述电解区设置在水电解双极板本体前后侧壁的中间位置上；所述气液进出区围合设置在电解区的外侧，且气液进出区内开设有若干电解液进口、氧气集气孔及氢气集气孔；所述极板安装框围合设置在气液进出区的外侧，极板框内设置有用于安装密封圈的密封沟槽。
6.进一步地，所述极板安装框的外壁面上设置有防呆结构，该防呆结构为开设在极板安装框外缘上的防呆凹槽。
7.进一步地，所述电解区包括均匀设置在水电解双极板本体前后两侧的凹凸结构，所述电解区的外表面喷镍处理。
8.进一步地，所述凹凸结构可包括外凸结构和内凹结构，所述外凸结构为外凸于电解区的半球形或圆锥形结构，所述内凹结构为内凹于电解区的半球形或圆锥形结构，外凸结构及内凹结构均通过冲压、喷砂或抛丸加工而成。
9.进一步地，若干电解液进口、氧气集气孔及氢气集气孔均沿水电解双极板本体的
周长方向均匀布置在气液进出区内，所述若干氧气集气孔与氧气集气管相连以将氧气引至电解槽外，所述若干氢气集气孔与氢气集气管相连以将氢气引至电解槽外。
10.进一步地，所述水电解双极板本体的形状为圆形、矩形或正多边形；所述电解液进口、氧气集气孔及氢气集气孔的形状为圆形、椭圆形、腰型、矩形或多边形。
11.本发明的有益技术效果在于：本发明通过增大电解区域与电解液的有效接触面积，提高了制氢效率；通过加设氧气集气孔和氢气集气孔，缩短了气体逸出距离，加快气体离开水电解槽双极板表面，降低电解液的含气度，降低电解能耗。通过使用密封圈进行密封，密封效果好，可提高电解槽内耐压能力，减小气泡影响。以及通过合理设计水电解槽双极板结构，实现提高电解效率、安装便捷、降低成本的目的。
附图说明
12.图1为本发明所述水电解双极板本体的结构示意图；图2为图1的a-a剖视结构示意图；图3为双极式水电解槽的结构示意图。
具体实施方式
13.为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
14.在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
15.如图1所示，本发明所述的一种新型水电解槽双极板，包括板状结构的水电解双极板本体1，所述水电解双极板本体1包括由内到外依次布置的电解区2、气液进出区3和极板安装框4，所述电解区2设置在水电解双极板本体1前后侧壁的中间位置上；所述气液进出区3围合设置在电解区2的外侧，且气液进出区3内开设有若干电解液进口5、氧气集气孔及氢气集气孔；所述极板安装框4围合设置在气液进出区3的外侧，极板安装框4内设置有用于安装密封圈的密封沟槽6，密封沟槽6同侧于电解区2设置在水电解双极板本体1的前后侧壁上，密封沟槽6用于安装密封圈以用于水电解双极板本体1与隔膜的连接与密封。所述极板安装框4的外壁面上设置有防呆结构7，该防呆结构7为开设在极板安装框4外缘上的防呆凹槽，生产过程中，通过防呆结构7，员工可快速识别安装方向，辨识度高、不易出错，提高生产效率。所述水电解双极板本体1的形状为圆形、矩形或正多边形；所述电解液进口5、氧气集气孔及氢气集气孔的形状为圆形、椭圆形、腰型、矩形或多边形等结构。本实施例中，水电解双极板本体1为圆形，前后侧壁中部设置有圆形状的电解区2。
16.参照图1-2所示，所述电解区2包括均匀设置在水电解双极板本体1前后两侧的凹凸结构，本实施例中，凹凸结构包括设置在水电解双极板本体1其中一侧的若干外凸结构8及设置在另一侧的若干内凹结构9，所述电解区2的外表面喷涂有一层金属镍。所述外凸结构8为外凸于电解区的半球形或圆锥形结构，所述内凹结构9为内凹于电解区的半球形或圆锥形结构，外凸结构8及内凹结构9均通过冲压、喷砂或抛丸等加工而成。通过外凸结构及内
凹结构，可以增加水电解槽双极板比表面积，进而增大了水电解槽双极板与电解液有效接触面积，提高产气率，同时可减小水电解槽双极板的外形尺寸，以实现水电解槽的小型化。
17.参照图1所示，若干电解液进口5、氧气集气孔及氢气集气孔均沿水电解双极板本体1的周长方向均匀布置在气液进出区内，所述若干氧气集气孔与氧气集气管相连以将氧气引至电解槽外，所述若干氢气集气孔与氢气集气管相连以将氢气引至电解槽外。本实施例中，氧气集气孔和氢气集气孔数量的增加，使得气体可从多个角度以最短的距离离开水电解槽双极板表面，从而增大了水电解槽双极板与电解液有效接触面积；提高氢气和氧气的逸散汇集速度，可有效降低电解液的含气度，降低电解液电阻，进而降低电解槽能耗。
18.参照图3所示，由所述水电解双极板本体1构成的双极式水电解槽，双极式水电解槽通过环形密封圈10实现密封，具体是与水电解槽双极板直接接触的隔膜的两侧均带有沟槽，两侧沟槽内装有环状密封圈10。安装时阳极板11、隔膜12、多组所述水电解双极板本体1-隔膜12-水电解双极板本体1组合、隔膜12、阴极板13按顺序排布，经过水电解槽第一端板14和水电解槽第二端板15的锁紧固定，环状密封圈10被挤压变形，充满整个沟槽，使得水电解小室密封良好，水电解槽拆卸过程中，所有密封部件的安装可逆。
19.本发明通过增大电解区域与电解液的有效接触面积，提高了制氢效率；通过加设氧气集气孔和氢气集气孔，缩短了气体逸出距离，加快气体离开水电解槽双极板表面，降低电解液的含气度，降低电解能耗。通过使用密封圈进行密封，密封效果好，可提高电解槽内耐压能力，减小气泡影响。以及通过合理设计水电解槽双极板结构，实现提高电解效率、安装便捷、降低成本的目的。
20.本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。