[发明专利]一种新型导向楔形结构的电极单元、电解单元及应用

说明书

本发明提供了一种新型导向楔形结构的电极单元、电解单元及应用，其中新型导向楔形结构的电极单元，包括：电极框和电极板；所述电极框内设有电极板，且两者同轴设置；电极框与电极板构成一个储液腔；电极框设有与储液腔连通的液体入口流道和气液出口流道；所述电极板为钢板，电极板位于储液腔内的表面间隔设有若干凹凸排列的楔形单元；若干楔形单元均匀分布，且每个楔形单元均与流经电极板的液体流动方向呈锐角设置。本发明所述新型导向楔形结构的电极单元，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，可减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，尤其涉及一种新型导向楔形结构的电极单元、电解单元及应用。

背景技术

氢能是一种新型的清洁能源，氢能利用过程最终仅产生水，不会产生污染物及二氧化碳排放。因此，目前在清洁能源大发展以及“碳达峰”、“碳中和”的历史大背景下，氢能技术的发展势在必行。目前，电解水制氢是最常用也是唯一大规模商业化运行的制氢方法。电解槽的结构决定了电解液的流动分布，对电解产氢过程的效率有重要影响。目前商用的压滤式电解槽电解单元(小室)内部的主极板表面多采用凹凸相间的结构(乳凸结构)，如图1所示。该结构的设计初衷，一方面可以使两侧的极板能够以“顶对顶”的形式形成多点接触；另一方面增加了流动的扰动程度，减小流道内各处电解液的浓度差，使电解液分布更均匀。但是在实际应用中，该乳凸结构的电极板有以下缺点：

1、碱液在小室内流动时，凹凸结构可以产生垂直于电极板的流动，但缺乏横向流动，将导致碱液在电极板径向的分布不均匀，且随着电解槽尺寸的增加，碱液的非均匀分布越严重，将大大阻碍电解槽设备大型化的发展；

2、极板表面的凹凸结构使两侧极板为“顶对顶”接触，即并未完全接触，随着电解的进行，小室产生的大量气泡运动至凹凸顶点附近位置，将会增加电极板的接触电阻，增大电解能耗；

3、电解单元内的气泡经过凹凸结构时，有可能会被“卡”在凹陷处，增加气泡的停留时间，增加电解能耗。

综上，需要设计一种新型的电极板结构，以克服现有电极板的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明一个目的在于提出一种新型导向楔形结构的电极单元，用于电解水制氢时，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在极板上的均匀分布，同时可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

本发明的另一个目的在于提出一种电解单元。

本发明的又一个目的在于提出新型导向楔形结构的电极单元在电解水制氢领域的应用。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种新型导向楔形结构的电极单元，包括：电极框和电极板；

所述电极框内设有电极板，且两者同轴设置；电极框与电极板构成一个储液腔；电极框上设有与储液腔连通的液体入口流道和气液出口流道；

所述电极板为钢板，电极板位于储液腔内的表面间隔设有若干凹凸排列的楔形单元；若干楔形单元均匀分布，且每个楔形单元均与流经电极板的液体流动方向呈锐角设置。

本发明实施例的新型导向楔形结构的电极单元，用于电解水制氢时，由于设置了若干凹凸排列的楔形结构单元，对流经的碱液起到了横向分布的作用，促进了碱液在极板上的均匀分布，同时可产生垂直以及横向两个方向的流体扰动，大大增加了流动的湍动程度，可加快气泡运输，减小气泡在腔室内的停留时间，强化产氢反应的传质过程，提高系统的产氢效率。

另外，根据本发明上述实施例提出的新型导向楔形结构的电极单元，还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述电极框为环状；电极板内嵌于电极框的内圆周内，且两者焊接于一体。