[發明專利]一種高電流密度的堿性水電解槽結構及裝置

在審

• 申請號: 202110487078.0
• 申請日: 2021-05-04
• 公開（公告）號: CN113186555A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 邢少鋒;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 上海羿灃氫能科技有限公司
• 主分類號: C25B9/70
• 分類號: C25B9/70;C25B9/17;C25B1/04;C25B11/04;C25B11/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種高電流密度的堿性水電解槽結構和裝置，包括左端板、陰極集流板，多個依次疊加的電解小室單元、陽極集流板和右端板，通過多組螺栓緊固構成。其中，電解小室單元由陰極單極板、絕緣膜、陽極單極板以及設置在中間的密封墊構成；陰極單極板和陽極單極板表面分別設置有完全對稱的流場，陰極單極板流場內涂覆有析氫催化劑構成陰極電極，陽極單極板流場內涂覆有氫氧化鎳構成陽極電極，陰、陽電極通過絕緣膜絕緣分隔；本電解裝置具有電極表面積大、電解電流密度大等特點，同時，由于無需設置隔膜，電解液中OH^?離子能夠快速向陽極處遷移，有效降低電阻電壓降，減少其電解電位，增加電解槽的電解效率和制氫的速率，并大幅降低成本。

技術領域

本發明涉及電解水技術領域，具體涉及一種高電流密度的堿性水電解槽結構和裝置。

背景技術

隨著社會經濟的發展，能源與環境問題已成為一個世界性的難題。目前所使用的化石能源如煤、石油等，屬于不可再生的能源，同時燃燒化石燃料所帶來的環境污染問題，也已逐漸引起人們的重視。能源短缺以及能源消耗所引起的環境污染問題已經成為本世紀人類面臨的最嚴重的兩大難題，人類社會也在迫切的尋找和開發可再生的綠色替代能源。

在清潔可再生的綠色替代能源中，氫能成為替代傳統能源的有效途徑之一。現有的制氫技術以商業化的水電解制氫技術最為純熟，其中，低溫水電解制氫主要包括堿性水電解和質子交換膜(PEM)水電解；堿性水電解制氫是實現大規模制氫的重要技術，也是目前最成熟的制氫技術之一。

PEM水電解技術的主要特點是以固體聚合物電解質代替傳統的苛性堿溶液電解質。 所謂的固體聚合物一般為全氟磺酸質子交換膜，磺酸基具有傳遞水合氫離子的性質，這也導致了PEM水電解內部強酸性的工作環境，因而需要催化劑材料擁有較高的耐蝕性。同時，由于陽極水電解析氧過程能耗較高，需要采用一種以貴金屬為代表的高活性的催化劑材料，導致其水電解成本較高，限制了該催化劑的實際應用。

PEM電解槽中的質子交換膜具有質子傳導性高、氣體穿透率小、抗壓強度高、厚度薄等優秀性質，使得質子交換膜電解技術比其他電解技術有著電流密度大，電解效率高，并且能夠更適用可再生能源的電解水制氫等自身的優勢。

在堿性電解水工業中，堿水電解制氫作為實現大規模制氫的重要技術之一，其電解槽目前普遍采用雙極式電解槽，這種電解槽由多個單元小室有規律疊壓成電解槽的槽體，每個電解小室主要由極框，雙極性主極板，隔膜，陰陽極以及密封墊片組成。雙極性主極板一面是陰極，另一面是陽極，焊接到極框內，構成一個整體。每個小室分為陰極室和陽極室，隔膜位于陰陽極之間，主要作用是防止氫氧氣體混合。

傳統的堿性水電解技術因為其能耗較高，效率低，并且因電解水過程中，電解電極的陰、陽極同時生成氫氣和氧氣，需要采用離子選擇性膜將氧氣和氫氣隔開等，也在一定程度上增大了制氫的成本。

發明內容

為了較好的解決堿性電解水技術的能耗高、效率低的問題，同時，結合PEM電解技術的特點和優勢，有效降低成本、提高電解的效率，本發明提供了一種高電流密度的堿性水電解槽結構和裝置，其結構包括左端板、陰極集流板，多個依次疊加的電解小室單元、陽極集流板和右端板。其中，電解小室單元由陰極單極板、絕緣膜、陽極單極板以及設置于中間的密封墊構成；依次將左端板、陰極集流板、多個電解小室單元、陽極集流板以及右端板，通過多組螺栓進行緊固構成電解槽裝置。

尤佳地，所述電解小室單元的陰極單極板和陽極單極板表面分別設置有完全對稱的流場，陰極單極板流場內涂覆有析氫催化劑構成陰極電極，陽極單極板流場內涂覆有氫氧化鎳構成陽極電極。

進一步地，所述的電解小室單元依次疊加連接，其中，相鄰連接在一起的前一電解小室單元的涂覆有析氫催化劑的陰極單極板和后一電解小室單元的涂覆有氫氧化鎳的陽極單極板，在實際的生產工藝上可以組合為一體或者采用相同的具有良好導電性能的材料加工制成，形成具有雙極性的雙極板。