常压碱性电解水制氢电解槽

650 编辑：中冶有色技术网来源：青岛创启信德新能源科技有限公司

2024-04-07 16:17:26

权利要求书： 1.一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：包括端壳板、阳极电极、阴极电极、支撑网和隔膜，隔膜设置在阳极电极和阴极电极之间；

所述端壳板包括阳极端壳板和阴极端壳板，所述支撑网包括阳极支撑网和阴极支撑网；

阴极端壳板、阴极支撑网、阴极电极、隔膜、阳极电极、阳极支撑网和阳极端壳板依次组装，并用螺杆和螺母紧固为一体；

在阴极支撑网和阴极电极之间，以及阳极支撑网和阳极电极之间均设置有弹性缓冲结构。

2.根据权利要求1所述的一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：所述弹性缓冲结构为弹性波纹网，弹性波纹网固定在支撑网上。

3.根据权利要求1所述的一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：所述端壳板包括方形钣金槽体，在方形钣金槽体的四周设置有耳板，在耳板上设置有第一螺孔，在方形钣金槽体的内部间隔设置有加强筋，在方形钣金槽体上还设置有碱液进口和气液出口。

4.根据权利要求1所述的一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：所述支撑网为编织网或多孔板，支撑网是采用不锈钢或镍材料加工制成的。

5.根据权利要求1所述的一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：在隔膜处还设置有用于绝缘密封的密封条和绝缘垫，密封条是采用氟橡胶或硅橡胶加工制成的，绝缘垫是采用聚四氟乙烯材料加工制成的。

6.根据权利要求1所述的一种常压碱性电解水制氢电解槽，其特征在于：在端壳板的外侧还设置有用于加固耳板的压条，所述压条为方形框架结构，压条贴合耳板布置，在压条的对应位置处设置有第二螺孔。

说明书：一种常压碱性电解水制氢电解槽技术领域[0001] 本实用新型涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种常压碱性电解水制氢电解槽。背景技术[0002] 氢能是一种理想的清洁能源，具有巨大的发展潜力。氢能的利用需要从制氢开始，制氢过程按照碳排放强度分为灰氢、蓝氢、绿氢(电解水制氢、可再生能源)。氢能产业发展的初衷是零碳或低碳排放，因此绿氢是未来能源产业的发展方向。电解水制氢技术主要分为三类：质子交换膜(PEM)电解水制氢技术、碱性电解水(AWE)制氢技术和固体氧化物(SOE)电解水制氢技术。碱性电解水制氢的槽体结构简单、价格相对便宜且技术最成熟，目前大规模制氢场所应用最多的是碱性电解水制氢。[0003] AWE制氢分为压力型和常压型两种，目前研究较多的为压力型电解槽，体积小，制氢压力低，但是压力型电解槽生产成本高、周期长，不能动态响应可再生能源。常压电解槽相比带压电解槽来讲，结构更简单，生产成本更低，可通过电解槽并联实现几百兆瓦甚至吉瓦级的产能需求，可以大规模应用到能源领域，能快速动态响应可再生能源，实现10％?100％的宽功率范围运行，很好的匹配了可再生能源的波动性。虽然常压型电解槽具有如上优点，但是要想促进其进一步发展仍然需要克服许多技术难题，例如，开发低阻抗，高耐腐蚀性新型隔膜，研究高电流密度、低成本的电极材料，装配过程中保证隔膜不受机械损伤，同时阻抗低，导电性好等。

实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于提供一种常压碱性电解水制氢电解槽，该电解槽具有隔膜不会受到机械损伤，电阻抗低等优势。[0005] 本实用新型所采用的技术解决方案是：[0006] 一种常压碱性电解水制氢电解槽，包括端壳板、阳极电极、阴极电极、支撑网和隔膜，隔膜设置在阳极电极和阴极电极之间；[0007] 所述端壳板包括阳极端壳板和阴极端壳板，所述支撑网包括阳极支撑网和阴极支撑网；[0008] 阴极端壳板、阴极支撑网、阴极电极、隔膜、阳极电极、阳极支撑网和阳极端壳板依次组装，并用螺杆和螺母紧固为一体；[0009] 在阴极支撑网和阴极电极之间，以及阳极支撑网和阳极电极之间均设置有弹性缓冲结构。[0010] 优选的，所述弹性缓冲结构为弹性波纹网，弹性波纹网固定在支撑网上。[0011] 优选的，所述端壳板包括方形钣金槽体，在方形钣金槽体的四周设置有耳板，在耳板上设置有第一螺孔，在方形钣金槽体的内部间隔设置有加强筋，在方形钣金槽体上还设置有碱液进口和气液出口。[0012] 优选的，所述支撑网为编织网或多孔板，支撑网是采用不锈钢或镍材料加工制成的。[0013] 优选的，在隔膜处还设置有用于绝缘密封的密封条和绝缘垫，密封条是采用氟橡胶或硅橡胶加工制成的，绝缘垫是采用聚四氟乙烯材料加工制成的。[0014] 优选的，在端壳板的外侧还设置有用于加固耳板的压条，所述压条为方形框架结构，压条贴合耳板布置，在压条的对应位置处设置有第二螺孔。[0015] 本实用新型的有益技术效果是：[0016] (1)本实用新型采用零间隙装配结构，将弹性波纹网固定在支撑网上，轻轻推动阴极电极和隔膜在最佳压力下，保护隔膜不会受到任何机械损伤，电阻抗低，导电性好，有助于降低电解槽电压，提升效率。[0017] (2)本实用新型在端壳板上间隔设置加强筋，可加强、稳固端壳板，同时方便固定支撑网，具有导流的作用。[0018] (3)本实用新型还在端壳板的外侧增设有压条，压条贴合耳板布置，可加固耳板，减少组装过程中耳板的形变。附图说明[0019] 下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：[0020] 图1为本实用新型的整体结构原理示意图，图中示出分解结构；[0021] 图2为本实用新型组装为一体后的整体结构示意图；[0022] 图3为图2的剖视结构原理示意图，主要示出加强筋等处的结构；[0023] 图4为本实用新型中波纹网的结构原理示意图；[0024] 图5为图4的截面示意图。[0025] 图中：1?隔膜，2?阴极电极，3?阳极端壳板，4?阴极端壳板，5?阳极支撑网，6?阴极支撑网，7?弹性波纹网，8?阳极电极，9?螺杆，10?螺母，11?第一密封条，12?滚轮，13?加强筋，14?方形钣金槽体，15?耳板，16?螺孔，17?碱液进口，18?气液出口，19?第二密封条，20?绝缘垫，21?压条。具体实施方式[0026] 结合附图，一种常压碱性电解水制氢电解槽，包括端壳板、阳极电极8、阴极电极2、支撑网和隔膜1，隔膜1设置在阳极电极8和阴极电极2之间。所述端壳板包括阳极端壳板3和阴极端壳板4，所述支撑网包括阳极支撑网5和阴极支撑网6。阴极端壳板4、阴极支撑网6、阴极电极2、隔膜1、阳极电极8、阳极支撑网5和阳极端壳板3依次组装，并用螺杆9和螺母10紧固为一体，形成常压碱性电解水制氢电解槽。在阴极支撑网6和阴极电极2之间，以及阳极支撑网5和阳极电极8之间均设置有弹性缓冲结构。所述弹性缓冲结构为弹性波纹网7，弹性波纹网7固定在对应的阴极支撑网6和阳极支撑网5上。弹性波纹网7具有优良的弹性和机械强度，弹性波纹网固定在支撑网上，轻轻推动电极和隔膜在最佳压力下，保护隔膜不会受到任何机械损伤，实现零间隙工艺，确保隔膜有更好的工作环境，而且电阻抗低，导电性好，降低电解槽电压，提升效率。[0027] 作为对本实用新型的进一步设计，所述阳极端壳板3和阴极端壳板4的结构相同，均包括方形钣金槽体14，在方形钣金槽体14的四周设置有耳板15，在耳板15上设置有螺孔16，用于定位组装。在方形钣金槽体的内部间隔设置有加强筋13。在方形钣金槽体上还设置有碱液进口17和气液出口18。

[0028] 更进一步的，所述支撑网为编织网或多孔板，支撑网是采用不锈钢或镍材料加工制成的。支撑网固定于加强筋13上，支撑网材料为不锈钢或镍。支撑网起到支撑电极，促进隔膜与电极接触以及导流的作用。[0029] 进一步的，在隔膜处还设置有用于绝缘密封的第一密封条11、第二密封条19和绝缘垫20，第一密封条11和第二密封条19均是采用高弹性氟橡胶或硅橡胶加工制成的，保证气体和液体密封。绝缘垫20是采用聚四氟乙烯材料加工制成的，起到密封、绝缘的作用。绝缘垫上也设置有与端壳板上一致的螺孔。[0030] 进一步的，在端壳板即阳极端壳板3和阴极端壳板4的外侧还设置有用于加固耳板的压条21，所述压条21为方形框架结构，压条贴合耳板布置，在压条的对应位置处也设置有螺孔，螺杆9依次穿过压条和耳板等上的螺孔后与螺母进行固定。所述压条与端壳板的耳板尺寸相匹配，加固耳板，组装过程中耳板不易变形。[0031] 更进一步的，在位于阳极端壳板3或阴极端壳板4的其中一个外侧压条上部两侧还设置有滚轮12，滚轮12可配合两侧的支架，当多个单槽组装时，可以通过滚轮在两侧支架上的滚动实现单槽的轻松移动，方便相邻单槽之间贴合在一起。[0032] 上述电解槽电极采用高效镍复合电极，具体地，阴极电极采用NiMoP电极，析氢性能优异且稳定性好，能够显著降低全解水的耗电，气体脱离电极的速度快，电流密度高；阳极电极为镍铁合金催化剂，以镍网为载体，具有良好的析氧性能和稳定性。[0033] 上述隔膜可以为聚醚类隔膜、聚砜类隔膜、PTFE隔膜、PPS隔膜、ES隔膜或复合型无机隔膜。更优选地，为复合型无机隔膜，具有低阻抗、高阻气性、高耐温、耐腐蚀性能。[0034] 上述常压碱性电解水制氢电解槽采用方形电解槽结构设计，节省原料，降低成本。[0035] 本实用新型常压碱性电解水制氢电解槽的工作原理大致如下：碱性电解液分别进?入隔膜两侧的阳极区和阴极区，OH可以透过隔膜达到另一侧。在通电后，电解液中的H2O在? ?

阴极区与电子结合生成H2和OH ，在阳极区OH失去电子生成O2和H2O。由于隔膜的阻碍，电解产生的气体不能通过隔膜达到另一侧，产生的气体和电解液一起从气液出口流出，进行后处理。本实用新型制造成本低，可多个电解槽并联，实现大规模制氢。

[0036] 上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。[0037] 尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。