[發明專利]用于電解池的復合流板

有效

• 申請號: 201480005003.2
• 申請日: 2014-02-10
• 公開（公告）號: CN105247106B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 卡斯滕·亨尼勃格·羅默;喬根·斯其杰寧·隆德斯格德;佩爾·維滕霍夫;大衛·摩根·湯姆斯
• 申請（專利權）人: EWII燃料電池公司
• 主分類號: C25B1/08
• 分類號: C25B1/08;C25B9/04;C25B9/06;C25B9/20;H01M8/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司31220
• 代理人: 鄭立,應風曄

技術領域

在一個方面，本發明涉及一種在電解池中用作陽極電流收集器的流板。在另一個方面，本發明涉及一種電解池。在又一個方面，本發明涉及一種在堆疊池電解槽中用作雙極電流收集器的雙極分離器板，在又一個方面，本發明涉及一種堆疊池電解槽。更具體地，該流板、雙極分離器板、電解池和堆疊池電解槽用于通過電解從水中產生氫。

背景技術

在由可持續和環境可適的替代手段取代基于烴和碳的電力生產中，例如在氫動力燃料電池中，氫是重要的元素。為了這個目的，可以通過使用諸如大氣或光伏電源的可變能源產生氫，以產生和存儲用于在需要時轉為電力的氫。這消除了對安裝替代的可再生電源的一個主要的異議，即電力常在不適當的時候產生且不能符合每日的電力需求變化。因此，一直在大力發展利于基于氫的能量產生和存儲的技術。

在基于氫的能量概念中，一個重要的元素是電化學裝置，其能將存儲在氫中的化學能轉換為電能(氫燃料電池)及反之地，通過由電解(水電解槽)從水中產生氫將電能轉換為化學能以存儲。

就提供商業可行設計和生產方法而言，這些年基于固態電解質的燃料電池已經相當成熟。發展的一個方面是朝向設計具有改進的雙極分離器板的燃料電池堆，其中雙極分離器板用作為陽極/陰極電流收集器和作為用于處理陰極側及陽極側流體流動的流板。這種雙極流板以商業可行的成本制作，例如由基于碳/石墨的可模壓的混合物制作。例如，歐洲專利EP1726061B1公開了一種用在基于固態聚合物電解質的燃料電池堆中的雙功能雙極分離器板。該雙極分離器板在前面上具有陽極流場，在后面上具有陰極流場。該雙極分離器板能利于反應物和熱在反應表面的往復輸送以維持電解轉換過程以及排出反應產物。如該文獻中所進一步地討論地，在固態電解質技術的背景中，用于燃料電池的分離元件典型地由碳復合材料制作。

然而如上面提到的，基于氫的能量產生和存儲的概念還要求用于通過產生氫來存儲以將電能轉換為化學能的合適的電解槽。氫以高壓存儲在氣體存儲器中，例如用于日后作為氫燃料電池中的燃料而使用。因此電解槽系統包含用于壓縮由電解槽產生的氫的裝置。在最優選的配置中，修改所謂的高壓電解槽以直接產生高壓氫，因此允許將電解槽排出的氫直接傳輸到存儲容器中而不需要外部的壓縮裝置。由此能量轉換系統的整體效率提高了。

雖然通過成熟的技術成功地降低了燃料電池堆的生產成本，但是相同的技術不能以直接的方式用到具有固態聚合物電解質的電解裝置。相反，對用于通過電解從水中產生氫的電解裝置的重新關注顯示了對用于這種電解裝置中的材料的無數挑戰。例如，在水電解槽中陽極側環境在水中包含氧的混合物，其在具有施加的電壓的電池的工作環境下對大多數材料是強腐蝕的。特別地，通常用于PEM燃料電池中的上面提到的基于碳/石墨的流板根本不適合這種強腐蝕的陽極流體環境。因此不能僅僅以相反的模式操作現有的燃料堆來實現水電解。一種解決方法中，由耐腐蝕材料，諸如鈦，取代基于碳/石墨的材料。然而，這種解決方法非常昂貴，除非特別專門的利基應用，其在大規模應用上不是商業可行的。而且，將鈦成型為非常復雜的三維圖案的流板是昂貴且費時的工作。這增加了成本且直接抵觸于生產商業可行的裝置要求的降低成本。

美國專利US4214969公開了一種用于堆疊電池水電解槽的雙極分離器板。該雙極分離器板由基于碳/石墨的混合物制作，且在分離器板的兩側具有用于分布和收集流體/氣體的開口通道。雙極分離器板的陽極側表面由金屬保護箔密封。粘貼該箔或以其他方式應用該箔以適應于包括突出部分、通道側壁和通道底部的表面形貌。通過電解池的足夠的水流量會要求流體通道有一定的橫截面積。通過擴大通道能夠實現這一要求。然而，寬的這種通道可能不能提供對MEA的足夠的機械支持，特別當出現比陽極側的壓力高的陰極側的壓力時。而且，將厚度約為25μm的薄的金屬箔適用在具有深且窄的通道形貌的流場圖案上而不弄破該箔會是繁重并由此高花費的工作。而且，該公開的流場沒有在MEA的表面上提供令人滿意的水的分布，這引起熱點和/或干斑，影響電解池的效率和壽命。

因此需要改進用于通過電解從水中產生氫的電解裝置，其優選地被改為在高壓下工作，其能可靠地長時間地工作，且其能以商業可行的成本生產。

本發明的一個目的是克服上面提到的已知的流板的缺點，或至少提供替代。

通過如獨立權利要求1的流板實現該目的，其中優選的實施例由以下討論的從屬權利要求界定。