质子交换膜电解堆

473 编辑：中冶有色技术网来源：苏州能濡新能源科技有限公司

2024-05-23 14:30:05

权利要求书： 1.一种质子交换膜电解堆，其特征在于，该电解堆(1)包括依次叠加的紧固件(2)、前端板(3)、中板组件(4)、前绝缘板(5)、前集电板(6)、多片极板组件(7)、后集电板(8)、后绝缘板(9)和后端板(10)；

所述相邻的极板组件(7)之间设有中板组件(4)。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的中板组件(4)为第一中板组件(410)和第二中板组件(420)两种结构中的任意一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的第一中板组件(410)包括上平板(411)、第一连接管(412)、第一管接头(413)、中间嵌板(414)和下平板(415)；

所述的上平板(411)、中间嵌板(414)和下平板(415)依次叠加在一起；

所述的中间嵌板(414)两端设有用于限位第一连接管(412)的限位槽；所述的上平板(411)和下平板(415)两端均设有用于连接第一连接管(412)的通孔；所述的通孔与限位槽位置对应；

所述的第一连接管(412)包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；所述的第一管接头(413)与长臂的管口相连；所述的第一连接管(412)放置在限位槽中，横臂两端的管口嵌入通孔中。

4.根据权利要求2所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的第二中板组件(420)包括第二连接管(421)、第二管接头(422)和嵌板(423)；

所述的嵌板(423)两端设有用于限位第二连接管(421)的限位槽；

所述的第二连接管(421)包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；所述的第二管接头(422)与长臂的管口相连；所述的第二连接管(421)嵌入限位槽中。

5.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的电解堆(1)中有N个中板组件(4)，其中N为自然数。

6.根据权利要求1所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的极板组件(7)包括依次叠加的极板(71)、密封垫(72)、阳极框板(73)、阳极毡板(74)、膜电极(75)、阴极毡板(76)和阴极框板(77)。

7.根据权利要求3所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的第一连接管(412)横臂的高度等于上平板(411)、中间嵌板(414)和下平板(415)依次叠加在一起的高度；所述的第一连接管(412)长臂的高度等于中间嵌板(414)的高度。

8.根据权利要求3所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的上平板(411)、下平板(415)、第一连接管(412)的材质为耐腐蚀性材料；所述的中间嵌板(414)的材质为轻质材料。

9.根据权利要求4所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的第二连接管(421)长臂和横臂的高度均等于嵌板(423)的高度。

10.根据权利要求4所述的一种质子交换膜电解堆，其特征在于，所述的嵌板(423)的材质为轻质材料；所述的第二连接管(421)的材质为耐腐蚀性材料。

说明书：一种质子交换膜电解堆技术领域[0001] 本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种质子交换膜电解堆。背景技术[0002] 氢能作为一种清洁的能源，拥有巨大的发展前景。质子交换膜电解水制氢，具有零碳排放、反应快、电流密度高、体积小，变载适应性强等优点，可与光伏和风能相配套实现风光储氢一体化，发展前景广阔。作为质子交换膜电解水制氢的关键设备——电解堆，其由端板、集电板、极板、膜电极及紧固件等部件组成。[0003] 现有技术中的电解堆一般是在电解堆的端板上设有氧气和氢气的进出口，或是在电解堆的中间设有一个或多个中间具有进出气体接口的中板。由于，质子交换膜电解堆内部的电化学反应具有较强的电化学腐蚀性，所以电解堆的端板和中板一般采用耐腐蚀性较强的不锈钢板。同时，为防止端板和中板变形影响电解堆的密封，所以端板和中板需要具有一定平整性和刚度。现有电解堆的端板和中板都做得很厚，这就导致电解堆的重量增加，存在成本高、不易安装的缺点。发明内容[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种质子交换膜电解堆。该电解堆中的中板组件采用了复合材料，在满足电解堆整体性能的同时，降低了电解堆的整体质量；而且本发明设计的多层进气结构，可以让电解堆的前端板和后端板均可摒弃不锈钢材料，转而采用铝合金材料。[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：[0006] 一种质子交换膜电解堆，该电解堆包括依次叠加的紧固件、前端板、中板组件、前绝缘板、前集电板、多片极板组件、后集电板、后绝缘板和后端板；所述相邻的极板组件之间设有中板组件。[0007] 更具体地，电解堆中若采用多片极板组件相互叠加，会导致电解堆出现端头效应，即电解堆首尾两端的电解极板性能不佳，另外还会出现散热不均等，导致电解制氢效率下降；本发明设计的电解堆中在相邻的极板组件之间设有中板组件，有效避免散热不均情况的出现，使电解堆的效率进一步提升。此外，该底电解堆采用了多层进气结构，即中板组件和极板组件之间是并联的，气体可以通过连接管进行流动。[0008] 进一步地，所述的中板组件为第一中板组件和第二中板组件两种结构中的任意一种或多种。也就是说，在本发明的某些实施例中，电解堆可以单独使用第一中板组件或第二中板组件，也可混合使用第一中板组件和第二中板组件。[0009] 进一步地，所述的第一中板组件包括上平板、第一连接管、第一管接头、中间嵌板和下平板；所述的上平板、中间嵌板和下平板依次叠加在一起；所述的中间嵌板两端设有用于限位第一连接管的限位槽；所述的上平板和下平板两端均设有用于连接第一连接管的通孔；所述的通孔与限位槽位置对应；所述的第一连接管包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；所述的第一管接头与长臂的管口相连；所述的第一连接管放置在限位槽中，横臂两端的管口嵌入通孔中。[0010] 进一步地，所述的第二中板组件包括第二连接管、第二管接头和嵌板；所述的嵌板两端设有用于限位第二连接管的限位槽；所述的第二连接管包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；所述的第二管接头与长臂的管口相连；所述的第二连接管嵌入限位槽中。[0011] 进一步地，所述的电解堆中有N个中板组件，其中N为自然数。也就是说，中板组件可以为零。[0012] 进一步地，所述的极板组件包括依次叠加的极板、密封垫、阳极框板、阳极毡板、膜电极、阴极毡板和阴极框板。[0013] 进一步地，所述的第一连接管横臂的高度等于上平板、中间嵌板和下平板依次叠加在一起的高度；所述的第一连接管长臂的高度等于中间嵌板的高度。[0014] 进一步地，所述的上平板、下平板、第一连接管的材质为耐腐蚀性材料，如不锈钢、钛合金等；所述的中间嵌板的材质为轻质材料，如铝合金、塑料等。[0015] 进一步地，所述的第二连接管长臂和横臂的高度均等于嵌板的高度。[0016] 进一步地，所述的嵌板的材质为轻质材料，如铝合金、塑料等；所述的第二连接管的材质为耐腐蚀性材料，如不锈钢、钛合金等。[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：[0018] (1)质量轻：本发明设计的电解堆中的中板组件采用了复合材料，在满足电解堆整体性能的同时，降低了电解堆的整体质量；而且本发明设计的多层进气结构，可以让电解堆的前端板和后端板均可摒弃不锈钢材料，转而采用铝合金材料。[0019] (2)成本低：由于采用的轻便复合性的材料代替原先的不锈钢材料，其制造工艺性及经济型具有较高的优势，使得电解堆的成本降低。[0020] (3)可靠性：本发明设计的电解堆中涉及电解堆的进出气部分仍然采用耐腐蚀性的材料，保证了电解堆的可靠性。附图说明[0021] 图1为本发明设计的电解堆的整体结构示意图；[0022] 图2为本发明设计的电解堆的立体装配图；[0023] 图3为实施例1所述的电解堆中中板组件结构示意图；[0024] 图4为实施例1所述的电解堆中中板组件立体装配图；[0025] 图5为实施例2所述的电解堆中中板组件结构示意图；[0026] 图6为实施例2所述的电解堆中中板组件立体装配图；[0027] 图7为本发明设计的电解堆中极板组件的立体装配图；[0028] 图中标号所示：1?电解堆；2?紧固件；3?前端板；4?中板组件；410?第一中板组件；411?上平板；412?第一连接管；413?第一管接头；414中间嵌板；415下平板；420?第二中板组件；421?第二连接管，422?第二管接头，423?嵌板；5?前绝缘板；6?前集电板；7?极板组件；

71?极板；72?密封垫；73?阳极框板；74?阳极毡板；75?膜电极；76?阴极毡板；77?阴极框板；

8?后集电板；9?后绝缘板；10后端板。

具体实施方式[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。[0030] 实施例1[0031] 如图1、2所示，一种质子交换膜电解堆，该电解堆1包括依次叠加的紧固件2、前端板3、中板组件4、前绝缘板5、前集电板6、多片极板组件7、后集电板8、后绝缘板9和后端板10；相邻的极板组件7之间设有中板组件4。本实施中的中板组件4为第一中板组件410。本实施例中电解堆1中有N个中板组件4，其中N为自然数。

[0032] 如图3、4所示，第一中板组件410包括上平板411、第一连接管412、第一管接头413、中间嵌板414和下平板415；上平板411、中间嵌板414和下平板415依次叠加在一起；中间嵌板414两端设有用于限位第一连接管412的限位槽；上平板411和下平板415两端均设有用于连接第一连接管412的通孔；通孔与限位槽位置对应；第一连接管412包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；第一管接头413与长臂的管口相连；第一连接管412放置在限位槽中，横臂两端的管口嵌入通孔中。第一连接管412横臂的高度等于上平板411、中间嵌板414和下平板415依次叠加在一起的高度；第一连接管412长臂的高度等于中间嵌板414的高度。上平板411、下平板415、第一连接管412的材质为耐腐蚀性材料；中间嵌板414的材质为轻质材料。

[0033] 如图7所示，极板组件7包括依次叠加的极板71、密封垫72、阳极框板73、阳极毡板74、膜电极75、阴极毡板76和阴极框板77。

[0034] 工作原理：[0035] 质子交换膜电解堆若直接将多片极板组件叠加而成，会导致电解堆出现端头效应，即电解堆首尾两端的电解极板性能不佳，另外还会出现散热不均等，导致电解制氢效率下降；电解堆采用多层多端进气可有效避免上述问题的出现，使电解堆的效率进一步提升。[0036] 本实施例中的电解堆1采用了复合型的第一中板组件410，以改善电解堆1的性能，同时又能降低电解堆1的整体质量；第一中板组件410中采用上平板411、中间嵌板414和下平板415依次叠加形成三明治的结构，上下平板之间设有第一连接管412，上平板411、下平板415及第一连接管412均采用耐腐蚀的材料，如不锈钢、钛合金等，中间嵌板414用于限位及填充上下平板之间的间隙，由于其不与反应气体和水相接触，所以不必考虑其耐腐蚀性能，但要有一定的刚度和强度，所以中间嵌板414的材料可以是铝合金或硬质塑料等材料构成。[0037] 实施例2[0038] 如图1、2所示，一种质子交换膜电解堆，该电解堆1包括依次叠加的紧固件2、前端板3、中板组件4、前绝缘板5、前集电板6、多片极板组件7、后集电板8、后绝缘板9和后端板10；相邻的极板组件7之间设有中板组件4。本实施例中的中板组件4为第二中板组件420。电解堆1中有N个中板组件4，其中N为自然数。

[0039] 如图5、6所示，第二中板组件420包括第二连接管421、第二管接头422和嵌板423；嵌板423两端设有用于限位第二连接管421的限位槽；第二连接管421包括一根长臂和一根横臂，横臂的中部与长臂垂直固为一体并与长臂相通；第二管接头422与长臂的管口相连；

第二连接管421嵌入限位槽中。第二连接管421长臂和横臂的高度均等于嵌板423的高度。嵌板423的材质为轻质材料；第二连接管421的材质为耐腐蚀性材料。

[0040] 如图7所示，极板组件7包括依次叠加的极板71、密封垫72、阳极框板73、阳极毡板74、膜电极75、阴极毡板76和阴极框板77。

[0041] 工作原理：[0042] 质子交换膜电解堆若直接将多片极板组件叠加而成，会导致电解堆出现端头效应，即电解堆首尾两端的电解极板性能不佳，另外还会出现散热不均等，导致电解制氢效率下降；电解堆采用多层多端进气可有效避免上述问题的出现，使电解堆的效率进一步提升。[0043] 本实施例中的电解堆1采用了复合型的第二中板组件420，以改善电解堆1的性能，同时又能降低电解堆1的整体质量；第二中板组件410采用嵌板423和连接管421这两种主要部件，结构简单。该方案中第二连接管421采用耐腐蚀性的材料制成，而嵌板423则可由铝合金或硬质塑料等材料制成。嵌板423上设有限位槽，用来定位及限制第二连接管421的移动。[0044] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。