制氢槽组和水电解制氢槽的制作方法

1.本实用新型涉及水电解槽制氢技术领域，具体涉及制氢槽组和水电解制氢槽。


背景技术：

2.电解槽累计叠加有几片到上百片不等，相关技术中，阴阳极采用导流环加导流网的流体导流结构，导致电解槽组装安装部件较多，同时在组装过程中，导流网需要放置在导流环中间，一旦组装错位，容易导致电解槽的失效，以上结构增加电解槽组装的复杂度。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的实施例提出一种制氢槽组和水电解制氢槽。
4.本实用新型实施例的水电解制氢槽，包括：
5.阳极端板和阴极端板；和
6.制氢槽组，所述阳极端板和所述阴极端板在第一方向上位于所述制氢槽组的两侧，所述制氢槽组包括
7.阳极导流板，所述阳极导流板的阴极侧具有阴极流场；
8.阴极导流板，所述阴极导流板的阳极侧具有阳极流场；和
9.质子交换膜，所述阳极导流板、所述质子交换膜和所述阴极导流板沿所述第一方向依次设置，其中所述制氢槽组具有进水通孔、出水通孔和氢气通孔，所述阴极流场与所述氢气通孔连通，所述阳极流场与所述进水通孔和所述出水通孔连通。
10.因此，根据本实用新型实施例的水电解制氢槽具有装配简单和不易失效的优点。
11.在一些实施例中，所述制氢槽组为多个，多个所述制氢槽组彼此独立设置。
12.在一些实施例中，所述制氢槽组为多个，多个所述制氢槽组沿所述第一方向依次堆叠，相邻所述阳极导流板和所述阴极导流板为同一个导流板。
13.在一些实施例中，所述阳极端板和所述阴极端板中的一者上设有氢气接头、进水接头和出水接头，所述氢气接头与所述氢气通孔连通，所述进水接头与所述进水通孔连通，所述出水接头与所述出水通孔连通，所述进水通孔、所述出水通孔和所述氢气通孔中的每一者均贯穿所述阳极导流板和所述阴极导流板；
14.所述阴极流场包括阴极槽和多个阴极凸起，所述阴极槽的开口朝向所述阴极端板，所述阴极槽与所述氢气通孔连通，所述阴极凸起设在所述阴极槽内，所述阴极槽的壁面与多个所述阴极凸起的侧壁面之间形成阴极流道，所述阴极流道与所述氢气通孔连通；
15.所述阳极流场包括阳极槽和多个阳极凸起，所述阳极槽的开口朝向所述阳极端板，所述阳极槽与所述进水通孔和所述出水通孔连通，所述阳极凸起设在所述阳极槽内，所述阳极槽的壁面与多个所述阳极凸起的侧壁面之间形成阳极流道，所述阳极流道与所述进水通孔和所述出水通孔连通。
16.在一些实施例中，所述阴极流道和所述阳极流道均包括沿第二方向延伸的流道和
第三方向延伸的流道，其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向中的任两者相互垂直；
17.或者，所述阴极流道和所述阳极流道均包括沿所述第二方向延伸的流道；
18.或者，所述阴极流道和所述阳极流道均包括曲线型的流道。
19.在一些实施例中，所述阴极凸起为块状或者条状，所述阴极槽的壁面与多个块状的所述阴极凸起的侧壁面之间形成沿所述第二方向延伸的流道和所述第三方向延伸的流道，所述阴极槽的壁面与多个条状的所述阴极凸起的侧壁面之间形成沿所述第二方向延伸的流道；
20.所述阳极凸起为块状或者条状，所述阳极槽的壁面与多个块状的所述阳极凸起的侧壁面之间形成沿所述第二方向延伸的流道和所述第三方向延伸的流道，所述阳极槽的壁面与多个条状的所述阳极凸起的侧壁面之间形成沿所述第二方向延伸的流道。
21.在一些实施例中，所述氢气通孔具有两个，两个所述氢气通孔沿所述阳极导流板、所述阴极导流板中的每一者的对角相对设置，所述进水通孔和所述出水通孔沿所述阳极导流板和所述阴极导流板中的每一者的对角相对设置。
22.在一些实施例中，所述阳极流场和所述阴极流场中的每一者的深度大于等于1mm且小于等于2mm；
23.所述阳极流道和所述阴极流道中的每一者的宽度大于等于0.3mm且小于等于3mm；
24.或者，所述阳极导流板和所述阴极导流板中的每一者的板体厚度大于等于2mm且小于等于5mm。
25.本实用新型实施例的水电解制氢槽还包括：
26.阳极电极接头，所述阳极电极接头设在所述阳极导流板上；和
27.阴极电极接头；所述阴极电极接头设在所述阴极导流板上。
28.本实用新型还提出了一种制氢槽组，包括：
29.阳极导流板，所述阳极导流板的阴极侧具有阴极流场；
30.阴极导流板，所述阴极导流板的阳极侧具有阳极流场；和
31.质子交换膜，所述阳极导流板、所述质子交换膜和所述阴极导流板沿第一方向依次设置，其中所述制氢槽组具有进水通孔、出水通孔和氢气通孔，所述阴极流场与所述氢气通孔连通，所述阳极流场与所述进水通孔和所述出水通孔连通。
附图说明
32.图1是根据本实用新型实施例的水电解制氢槽的示意图。
33.图2是根据本实用新型实施例的水电解制氢槽的爆炸图。
34.图3是根据本实用新型实施例的阳极端板的示意图。
35.图4是根据本实用新型实施例的打包带的爆炸图。
36.图5是根据本实用新型实施例的阴极导流板的立体图。
37.图6是根据本实用新型实施例的阴极导流板的前视图。
38.图7是根据本实用新型实施例的阳极导流板的立体图。
39.图8是根据本实用新型实施例的阳极导流板的后视图。
40.附图标记：
41.水电解制氢槽100，进水通孔101，出水通孔102，氢气通孔103，打包带104，凹槽105；
42.阳极端板11，阴极端板12，氢气接头13，进水接头14，出水接头15，水进口1101，水出口1102，氢气口1103；
43.阳极导流板2，阴极流场21，阴极槽22，阴极凸起23；
44.阴极导流板3，阳极流场31，阳极槽32，阳极凸起33；
45.质子交换膜4；
46.阳极电极接头51，阴极电极接头52；
47.阳极绝缘板61，阴极绝缘板62；
48.阳极密封件71，阴极密封件72，阴极气体扩散层73，烧结钛网74。
具体实施方式
49.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
50.下面参考附图描述本实用新型实施例的水电解制氢槽100。如图1至图8所示，根据本实用新型实施例的水电解制氢槽100包括阳极端板11、阴极端板12和根据本实用新型实施例的制氢槽组，阳极端板11和阴极端板12在第一方向上位于制氢槽组的两侧。
51.根据本实用新型实施例的制氢槽组包括阳极导流板2、阴极导流板3和质子交换膜4。阳极导流板2的阴极侧具有阴极流场21，阴极导流板3的阳极侧具有阳极流场31，阳极导流板2、质子交换膜4和阴极导流板3沿第一方向依次设置。
52.其中,制氢槽组具有进水通孔101、出水通孔102和氢气通孔103，阴极流场21与氢气通孔103连通，阳极流场31与进水通孔101和出水通孔102连通。
53.由此，去离子水可通过进水通孔101进入阳极流场31内，从而达到质子交换膜4处进行电解催化反应，去离子水经过电解催化反应产生氧气和氢气。产生的氧气和未反应的去离子水从阳极流场31内流至出水通孔102，产生的氢气穿过质子交换膜4进入阴极流场21后进入氢气通孔103，从而完成氢气和其他流体(氧气和去离子水)的分流。
54.根据本实用新型实施例的制氢槽组通过设置具有阴极流场21的阳极导流板2和具有阳极流场31的阴极导流板3，从而使得阴极导流板3的阳极流场31可对待反应的去离子水、产生的氧气和未反应的去离子水进行导流，阳极导流板2的阴极流场21可对产生的氢气进行导流。即阳极导流板2和阴极导流板3上的流场可为制氢槽组内的流体进行导流。相较于通过导流边框(导流环)、连接件和钛网的结构形成的流场结构，阳极导流板2和阴极导流板3部件少，由此可减少制氢槽组的叠加步骤，从而可减少制氢槽组的装配难度，使得制氢槽组装配简单且不易因导流边框(导流环)加钛网组装错位而失效。
55.因此，根据本实用新型实施例的制氢槽组具有装配简单和不易失效的优点。
56.因此，根据本实用新型实施例的水电解制氢槽100具有装配简单和不易失效的优点。
57.如图1至图8所示，根据本实用新型实施例的水电解制氢槽100包括阳极端板11、阴极端板12和根据本实用新型实施例的制氢槽组。
58.阳极端板11和阴极端板12中的一者上设有氢气接头13、进水接头14和出水接头15。即阳极端板11上设有氢气接头13、进水接头14和出水接头15或阴极端板12上设有氢气接头13、进水接头14和出水接头15。具体地，阳极端板11和阴极端板12中的一者上具有水进口1101、水出口1102和氢气口1103。
59.其中,氢气口1103与氢气通孔103连通，氢气接头13设在氢气口1103上，以便氢气接头13与氢气通孔103连通，从而可使得氢气通孔103内氢气可从氢气接头13流出水电解制氢槽100。水进口1101与进水通孔101连通，进水接头14设在水进口1101上，以便进水接头14与进水通孔101连通，从而可使得去离子水可从进水接头14进入进水通孔101(水电解制氢槽100)内。水出口1102与出水通孔102连通，出水接头15设在水出口1102上，以便出水接头15与出水通孔102连通，从而可使得出水通孔102内的水和氧气从出水接头15流出水电解制氢槽100。
60.为了便于理解，下面以第一方向为前后方向来具体说明，前后方向如图所示。例如，阳极端板11、阳极绝缘板61、制氢槽组、阴极绝缘板62和阴极端板12从前至后依次设置，阳极端板11位于阴极端板12的前侧。阳极端板11上设有氢气接头13、进水接头14和出水接头15，则阳极端板11与阳极绝缘板61上均设有与进水通孔101、出水通孔102和氢气通孔103连通的通孔(水进口1101、水出口1102和氢气口1103)。
61.如图2所示，根据本实用新型实施例的制氢槽组包括沿第一方向依次设置的阳极导流板2、阳极密封件71、质子交换膜4、阴极密封件72和阴极导流板3，阳极密封件71内设有阴极气体扩散层73，阴极密封件72内设有烧结钛网74。制氢槽组的进水通孔101、出水通孔102和氢气通孔103中的每一者均贯穿阳极导流板2、阳极密封件71、质子交换膜4(的环板)、阴极密封件72和阴极导流板3。
62.例如，阳极导流板2、阳极密封件71、质子交换膜4、阴极密封件72和阴极导流板3沿前后方向依次设置，阳极导流板2位于阴极导流板3的前侧。进水通孔101、出水通孔102和氢气通孔103沿前后方向依次贯穿阳极导流板2、阳极密封件71、质子交换膜4(的环板)、阴极密封件72和阴极导流板3。
63.如图2、图5和图6所示，阴极导流板3的阳极侧(朝向阳极端板11的侧面)具有阳极流场31，阳极流场31与进水通孔101和出水通孔102连通。具体地，阳极流场31包括阳极槽32和多个阳极凸起33，阳极槽32的开口朝向阳极端板11。阳极槽32与进水通孔101和出水通孔102连通，阳极凸起33设在阳极槽32内，阳极槽32的壁面与多个阳极凸起33的侧壁面之间形成阳极流道，阳极流道为阳极槽32内使得流体流动的通道。阳极流道与进水通孔101和出水通孔102连通，以便进水通孔101内的流体可进入阳极流道并从出水通孔102流出。
64.由此，去离子水可通过进水通孔101进入阳极流场31(阴极导流板3)与质子交换膜4之间的槽体内。具体地，去离子水在阳极流场31(阳极流道)的分配下，一部分去离子水通过烧结钛网74后到质子交换膜4处进行电解催化反应，去离子水经过电解催化反应产生氧气和氢气。剩余部分(未反应的去离子水)和产生的氧气从阳极流场31(阳极流道)内流至出水通孔102，进而流出水电解制氢槽100。
65.如图7和图8所示，阳极导流板2的阴极侧(朝向阴极端板12的侧面)具有阴极流场21，阴极流场21与氢气通孔103连通。具体地，阴极流场21包括阴极槽22和多个阴极凸起23，阴极槽22的开口朝向阴极端板12。阴极槽22与氢气通孔103连通。阴极凸起23设在阴极槽22
内，阴极槽22的壁面与多个阴极凸起23的侧壁面之间形成阴极流道，阴极流道为阴极槽22内使得流体流动的通道。阴极流道与氢气通孔103连通，以便阴极流道内的流体可进入氢气通孔103。由此，产生的氢气穿过质子交换膜4和阴极气体扩散层73进入阴极流场21(阴极流道)后进入氢气通孔103，进而流出水电解制氢槽100。
66.在一些实施例中，阴极流道和阳极流道均包括沿第二方向延伸的流道和第三方向延伸的流道。其中，第一方向、第二方向和第三方向中的任两者相互垂直。第二方向可以是左右方向，第三方向可以是上下方向，左右方向和上下方向如图所示。
67.具体地，阴极凸起23和阳极凸起33均为块状，阴极槽22的壁面与多个块状的阴极凸起23的侧壁面之间形成沿第二方向延伸的流道和第三方向延伸的流道，阳极槽32的壁面与多个块状的阳极凸起33的侧壁面之间形成沿第二方向延伸的流道和第三方向延伸的流道。
68.或者，阴极凸起23和阳极凸起33均为条状，阴极槽22的壁面与多个条状的阴极凸起23的侧壁面之间形成沿第二方向延伸的流道，阳极槽32的壁面与多个条状的阳极凸起33的侧壁面之间形成沿第二方向延伸的流道。
69.例如，阴极槽22的壁面与多个块状的阴极凸起23的侧壁面之间形成沿左右方向延伸的流道和上下方向延伸的流道，阳极槽32的壁面与多个块状的阳极凸起33的侧壁面之间形成沿左右方向延伸的流道和上下方向延伸的流道。或者，阴极槽22的壁面与多个条状的阴极凸起23的侧壁面之间形成沿左右方向延伸的流道，阳极槽32的壁面与多个条状的阳极凸起33的侧壁面之间形成沿左右方向延伸的流道。
70.在一些实施例中，阴极流道和阳极流道均包括曲线型的流道。例如，阴极流道和阳极流道可为单蛇形流场、多蛇形流场和仿生流场中的一者。
71.根据本实用新型实施例的制氢槽组通过设置具有阴极流场21的阳极导流板2和具有阳极流场31的阴极导流板3，从而使得阴极导流板3的阳极流场31可对待反应的去离子水、产生的氧气和未反应的去离子水进行导流，阳极导流板2的阴极流场21可对产生的氢气进行导流。即阳极导流板2和阴极导流板3上的流场可为制氢槽组内的流体进行导流。相较于通过导流边框(导流环)、连接件和钛网的结构形成的流场结构，阳极导流板2和阴极导流板3部件少，由此可减少制氢槽组的叠加步骤，从而可减少制氢槽组的装配难度，使得制氢槽组装配简单且不易因导流边框(导流环)加钛网组装错位而失效。
72.在一些实施例中，制氢槽组为多个，多个制氢槽组彼此独立设置。具体地，多个制氢槽组依次堆叠，从而可提高水电解制氢槽的制氢效率。
73.在一些实施例中，制氢槽组为多个，多个制氢槽组沿第一方向依次堆叠，相邻的阳极导流板2和阴极导流板3为同一个导流板。也就是说，相邻两个制氢槽组具有共用的导流板。具体地，共用的导流板的阳极侧具有阳极流场31，共用的导流板的阴极侧具有阴极流场21，该共用的导流板的阳极流场31和阴极流场21在第一方向上相对设置且分别供两个制氢槽组使用。由此，在制氢槽组为多个时，可减少导流板的数量，在降低成本的基础上也可减少水电解制氢槽100的堆叠难度。
74.在一些实施例中，氢气通孔103具有两个。两个氢气通孔103可提高氢气的输送效率。两个氢气通孔103沿阳极导流板2和阴极导流板3中的每一者的对角相对设置，呈对角相对设置的两个氢气通孔103可使得氢气输出效率更高。进水通孔101和出水通孔102沿阳极
可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
84.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
85.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。