[发明专利]制氢氧气体的水电解槽

说明书

本发明提供一种制氢氧气体的水电解槽，包括膜电极、正极流场结构、负极流场结构及端板，正极流场结构及负极流场结构分布于膜电极的相对两侧，端板分别设置于正极流场结构及负极流场结构背离膜电极的一侧且相互固定；正极流场结构及负极流场结构沿远离膜电极的方向均依次分布有扩散层、电解腔板、电极板及泄压结构，泄压结构包括电极板顶块及泄压板；电解腔板的中部设置有电解腔，电极板上间隔分布有多个贯穿通孔，电极板顶块具有镂空结构；电极板顶块位于泄压板内或端板内，泄压板位于端板和电极板之间，电极板、泄压结构及端板之间形成泄压储水腔。本发明有助于提高电解槽的性能及延长膜电极的使用寿命。

技术领域

本发明涉及水电解技术领域，特别是涉及一种制氢氧气体的水电解槽。

背景技术

近年来，氢不仅在能源方面展现出越来越广阔的应用前景，同时在人体健康保健方面也得到成功应用，有文献表明吸入一定剂量的氢气对重症肺炎类疾病有一定的辅助疗效。这使得安全便捷地制取高纯氢气越来越受到重视，对制氢技术的研究越来越多。在各种制氢方式中，直接电解纯水制氢是目前获得高纯氢气最简单的方法。基于质子交换膜的电解水技术是目前几种电解水路线中效果最好的。电解纯水制取氧气和氢气所用的膜式电解槽的原理是，由两块端板通过螺栓将导电极板、电解腔和涂布有催化剂的质子膜电极等紧密的压在一起。在催化剂作用下，水在膜两侧表面分别电解析出氢气和氧气。由于一方面要保证电极和催化剂有足够的接触面积，以便导电，另一方面又要提供足够的孔隙让水能顺利均匀地分布到膜电极表面参与反应并让生成的气体能顺利导出，而现有的常用做法是在电极板朝向膜电极的一面雕刻复杂的流道，然后在电极板及膜电极之间夹一层金属材质的微细网孔结构，共同构成腔体以提供水流道和气流道以及尽可能大的电接触面积。此类电解槽通常会在上部设置一个出水口，下部设置一个进水口，在电解槽的负极侧设有一个出氢口，通过一个水泵来完成反应中水的持续供给。为了保证高的电导率，同时也为了降低成本，电极板及金属网组成的腔体不宜太厚，通常在1-3mm左右。由于前述金属网和流道复杂的孔隙形貌，微细且极长的流道在工作时会导致非常大的水流阻和气流阻，流场头尾及局部的水分散布极度不均，散热条件差异巨大，从而导致电解槽的性能下降，电解槽局部散热困难，使得系统过热失效。而且由于流道本身的特性限制了水流量，当电解槽的膜电极面积很大时，比如大于100cm²时，即使额外增加散热装置也很难有效解决膜电极界面上的局部过热。特别是当多个单元串联叠压在一起，以高电流密度(1A/cm²)运行时，电解槽的过热问题尤其严重，同时多单元下更高的气阻造成膜电极界面处的压力极高，极有可能导致电解槽的性能及膜电极的使用寿命下降。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制氢氧气体的水电解槽，用于解决现有技术中在电极板朝向膜电极的一面雕刻复杂的流道，然后在电极板及膜电极之间夹一层钛毡或钛网类的微细网孔结构，共同构成腔体以提供水流道和气流道以及尽可能大的电接触面积等导致的水流阻和气流阻增大，流场头尾及局部的水分散布极度不均，散热条件差异巨大，从而导致电解槽的性能下降，电解槽局部散热困难，使得系统过热失效等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制氢氧气体的水电解槽，包括膜电极、正极流场结构、负极流场结构及端板，所述正极流场结构及负极流场结构分布于所述膜电极的相对两侧，所述端板分别设置于所述正极流场结构及负极流场结构背离所述膜电极的一侧，所述膜电极、正极流场结构、负极流场结构及端板相互固定；所述正极流场结构及负极流场结构沿远离所述膜电极的方向均依次分布有扩散层、电解腔板、电极板及泄压结构，所述泄压结构包括电极板顶块及泄压板；所述电解腔板的中部设置有贯穿其厚度的电解腔，所述电极板上间隔分布有多个贯穿通孔，所述电极板顶块具有镂空结构；所述电极板顶块位于所述泄压板内或所述端板内，所述泄压板位于所述端板和电极板之间，所述电极板、泄压结构及端板之间形成泄压储水腔。

可选地，所述正极流场结构和所述负极流场结构以所述膜电极为中心呈对称分布。

可选地，所述扩散层包括导电金属网和/或导电金属毡。