[发明专利]一种质子交换膜水电解装置

权利要求书

1.一种质子交换膜水电解装置，其特征在于，该装置由前至后依次为前端板（1）、前端板垫片（2）、前阳极板（3）、密封垫片（4）、膜电极（5）、密封垫片（6）、阴双极板（7）、密封垫片（8）、膜电极（9）、密封垫片（10）、后阳极板（11）、后端板垫片（12）、后端板（13）组成，8个螺杆穿过所有部件，并配合前、后端板起到夹紧与定位各部件的作用，将所有部件紧固成一体，前、后端板垫片用于相应极板与端板间的绝缘，膜电极与相邻极板间通过相应密封垫片密封与绝缘；各极板设有流场与连接外部电源的接线柱，分别提供气液均匀分布的通道以及电解水所需的电能；膜电极是阴、阳极电化学反应发生生成氢、氧气的场所；整个水电解装置为圆形结构。

2.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：该水电解装置两端均为阳极侧，设有阳极水进口以及水氧出口；水电解装置的中间为双阴极侧，衔接两个阳极侧，水电解过程产生氢气在阴双极板流道内汇集后由氢气出口排出。

3.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述阳极板、阴双极板具有多个平行流道，每个平行流道进、出口均采用与外圆弧呈90度的弯头与主流道连通，构成气液单相或两相流的通路。

4.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述阳极板、阴双极板以及端板为经过表面处理的钛板或者镀钽的不锈钢板材料。

5.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述两个阳极板上各设有一个水进口和一个水氧出口；其中一侧阳极板上设有一个氢气流出通道；其所有气液进出口均为直径为6 mm的圆孔；其主流道宽度为3-4 mm，平行流道宽度为1.5-2 mm，流道深度为1.5 mm，流场板厚度为4 mm；每个平行流道进、出口均采用与外圆弧呈90度的弯头与主流道连通。

6.根据权利要求5所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述阴双极板上只设有氢气出口；平行流道与弯头部分为贯通设计，主流道为非贯通设计，其他流场设计参数均与阳极板相同；阴双极板内无水通入，仅为气体流道。

7.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：一侧端板上设有一个水进口、一个水氧出口和一个氢气出口，另一侧端板设有一个水进口和一个水氧出口；端板上设有8个紧固螺杆孔，同时阳极板、阴双极板上设有8个缺口，实现各板、密封垫圈以及膜电极的定位。

8.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述密封垫片为氟橡胶或者硅橡胶材质，采用刀模冲压一体成型，在阳极板、阴双极板上均设有宽度为0.5 mm的密封垫圈缓冲槽，用于给予密封垫圈被压紧后伸缩空间。

9.根据权利要求1所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述膜电极由阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层构成；阳极扩散层采用镀钽的不锈钢毡，阴极扩散层采用碳纸；阴极、阳极催化层采用加热喷涂转压法制备在质子交换膜上，阳极催化剂采用一元催化剂或者担载型析氧催化剂；阴极催化剂为Pt/C (40 wt%)；质子交换膜为全氟磺酸膜；贵金属载量不超过0.7 mg cm^-2。

10.根据权利要求9所述一种质子交换膜水电解装置，其特征在于：所述一元催化剂为Ir、IrO₂、RuO₂，所述担载型析氧催化剂为IrO₂/SnO₂、IrO₂/Sb-SnO₂、IrO₂/Ti_nO_2n-1。