[发明专利]高压或差压电解池

说明书

电化学电池具有位于两个流场板之间的膜。在所述膜的第一侧，在所述膜与所述流体板之间具有被密封件围绕的多孔支撑体。在所述膜的表面处，在所述多孔支撑体与所述密封件之间具有间隙。在所述膜的第二侧，在所述膜与所述流场板之间具有密封件，所述密封件在平面图中位于所述间隙的内侧。所述电化学电池例如用于高压或差压电解，其中，所述膜的所述第二侧将会始终暴露于比所述膜的所述第一侧更高的压力下。

相关申请

本发明要求于2015年9月28日提交的美国临时申请第62/233,774号的权益，并以参考为目的将该申请纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种电化学电池，特别地，涉及一种电解池。

背景技术

氢燃料加注站以高压（典型地，350至700巴）输出氢气。工作的压缩机消耗大量的能量以达到输出压力。在一些情况下，在燃料加注站通过水的电解产生氢气。在电解槽自身中以电化学的方式产生压缩氢气消耗额外的能量，但不及压缩至相同压力所需的能量。在能量存储应用中，以60至80巴产生氢气可以使氢气能够被注入区域天然气管道而不需要进一步的压缩。因而，通常期望在大气压力以上的压力下产生氢气。然而，增加电解单元的成本可能导致在应用所需的全压力下产生氢气是不期望的。通常，虽然已经提出了在例如120至350巴的高压下的电解，但在大约40至80巴的压力下通过电解产生氢气很可能是有成本效益的。

在一些情况下，电解池的两侧在压力下工作。这会产生高压氧气，增大了着火的风险。在另一些情况下，电解单元在差压下工作，其中氧气侧在低压下甚至在大气压力下工作。这样更加具有电效率，避免产生高压氧气并且能够使设备的氧气侧平衡能够由低压材料制成。

差压电解在电池的两侧产生机械应力并且对于用于防止泄露的密封系统提出挑战。即使在无压差电池中，电解池的氢气侧通常在比氧气侧更高的压力下进行操作以避免氧气泄露至氢气中。当总压力大时（例如120巴以上），在引起电池的任一侧的压力波动的同时保持这样的差异，能够至少暂时地在电池的两侧产生大的压差。

美国专利7,432,008说明了具有位于第一反应物流场板与第二反应物流场板之间的膜电极组（MEA）的电化学电池。在EMA与各流场板之间设置有密封件和气体扩散层（GDL）。在各实施例中，GDL的边缘部是无孔的并且与密封件重叠。这样的重叠被用来消除或者至少最小化原本会存在于GDL与密封件之间的间隙，并且因而解决了压差使MEA变形进入这样的间隙中的问题。

发明内容

本申请说明了一种电化学电池。所述电池可以被用于质子交换膜（PEM）电解池，例如高压或差压电解池。所述电池还可以适用于具有实心板形式的膜的其它电化学电池。

发明人已经注意到，美国专利7,432,008中的结构在适用于高压的能力方面受到制约。这主要是因为这些结构依靠气体扩散层的形成为无孔的部分以及在一些实施例中的用于参与形成密封的压缩。在可能暴露于高压差的的电池中，膜的低压侧必须被相对不可压缩的多孔支撑件（烧结钛）支撑。这样的支撑件至少难以在选定区域中变为无孔的并且不具有良好的密封质量。

本文中所述的电解池具有位于两个流场板之间的膜，所述膜可以具有粘附的电极/催化层。在所述膜的低压侧，设置有被密封件围绕的多孔支撑体。所述多孔支撑体和所述密封件被所述膜和所述流场板夹在中间。在所述膜的高压侧，设置有被密封件围绕的另一多孔支撑体。所述高压侧的所述密封件跨越位于所述膜的所述低压侧的所述多孔支撑体和所述密封件之间的间隙。所述电池的上述结构有助于防止或者减少（如在平面图中所见的）在所述低压侧的所述间隙内的由于在所述高压侧含有气体导致的压差而造成的所述膜的变形。