[發明專利]高壓或差壓電解槽

在審

• 申請號: 202010836062.1
• 申請日: 2016-09-26
• 公開（公告）號: CN111996544A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 拉米·米歇爾·阿布阿塔拉;雷尼·于·王;納撒尼爾·伊恩·朱斯
• 申請（專利權）人: 水吉能公司
• 主分類號: C25B1/10
• 分類號: C25B1/10;C25B1/12;C25B9/10
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 陳睆;曹正建

本發明涉及高壓或差壓電解槽，其包括：具有高壓側和低壓側的電化學電池，電化學電池包括：第一和第二流場板；位于第一與第二流場板之間的膜，膜具有低壓側的第一側和高壓側的第二側；第一多孔支撐體，位于膜的第一側與第一流場板之間，第一多孔支撐體相比于位于第一與第二流場板之間的其它材料而言是相對不可壓縮的；第一密封件，圍繞第一多孔支撐體，在膜的表面處在第一多孔支撐體與第一密封件之間具有間隙；第二密封件，位于膜的第二側與第二流場板之間，其中，如在平面圖中所見的，第二密封件的至少一部分位于間隙的內側，由此防止膜被電化學電池的高壓側的壓力推入間隙內。

本申請是申請日為2016年9月26日、發明名稱為“高壓或差壓電解池”的申請號為201680056515.0的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種電化學電池，特別地，涉及一種電解池。

背景技術

氫燃料加注站以高壓(典型地，350至700巴)輸出氫氣。工作的壓縮機消耗大量的能量以達到輸出壓力。在一些情況下，在燃料加注站通過水的電解產生氫氣。在電解槽自身中以電化學的方式產生壓縮氫氣消耗額外的能量，但不及壓縮至相同壓力所需的能量。在能量存儲應用中，以60至80巴產生氫氣可以使氫氣能夠被注入區域天然氣管道而不需要進一步的壓縮。因而，通常期望在大氣壓力以上的壓力下產生氫氣。然而，增加電解單元的成本可能導致在應用所需的全壓力下產生氫氣是不期望的。通常，雖然已經提出了在例如120至350巴的高壓下的電解，但在大約40至80巴的壓力下通過電解產生氫氣很可能是有成本效益的。

在一些情況下，電解池的兩側在壓力下工作。這會產生高壓氧氣，增大了著火的風險。在另一些情況下，電解單元在差壓下工作，其中氧氣側在低壓下甚至在大氣壓力下工作。這樣更加具有電效率，避免產生高壓氧氣并且能夠使設備的氧氣側平衡能夠由低壓材料制成。

差壓電解在電池的兩側產生機械應力并且對于用于防止泄露的密封系統提出挑戰。即使在無壓差電池中，電解池的氫氣側通常在比氧氣側更高的壓力下進行操作以避免氧氣泄露至氫氣中。當總壓力大時(例如120巴以上)，在引起電池的任一側的壓力波動的同時保持這樣的差異，能夠至少暫時地在電池的兩側產生大的壓差。

美國專利7,432,008說明了具有位于第一反應物流場板與第二反應物流場板之間的膜電極組(MEA)的電化學電池。在EMA與各流場板之間設置有密封件和氣體擴散層(GDL)。在各實施例中，GDL的邊緣部是無孔的并且與密封件重疊。這樣的重疊被用來消除或者至少最小化原本會存在于GDL與密封件之間的間隙，并且因而解決了壓差使MEA變形進入這樣的間隙中的問題。

發明內容

本申請說明了一種電化學電池。所述電池可以被用于質子交換膜(PEM)電解池，例如高壓或差壓電解池。所述電池還可以適用于具有實心板形式的膜的其它電化學電池。

發明人已經注意到，美國專利7,432,008中的結構在適用于高壓的能力方面受到制約。這主要是因為這些結構依靠氣體擴散層的形成為無孔的部分以及在一些實施例中的用于參與形成密封的壓縮。在可能暴露于高壓差的的電池中，膜的低壓側必須被相對不可壓縮的多孔支撐件(燒結鈦)支撐。這樣的支撐件至少難以在選定區域中變為無孔的并且不具有良好的密封質量。

本文中所述的電解池具有位于兩個流場板之間的膜，所述膜可以具有粘附的電極/催化層。在所述膜的低壓側，設置有被密封件圍繞的多孔支撐體。所述多孔支撐體和所述密封件被所述膜和所述流場板夾在中間。在所述膜的高壓側，設置有被密封件圍繞的另一多孔支撐體。所述高壓側的所述密封件跨越位于所述膜的所述低壓側的所述多孔支撐體和所述密封件之間的間隙。所述電池的上述結構有助于防止或者減少(如在平面圖中所見的)在所述低壓側的所述間隙內的由于在所述高壓側含有氣體導致的壓差而造成的所述膜的變形。