[發明專利]一種新型導向楔形結構的電極單元、電解單元及應用

有效

• 申請號: 202111446913.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114277395B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 王韜;王凡;郭海礁;劉麗萍;王金意;王鵬杰
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;四川華能氫能科技有限公司;華能集團技術創新中心有限公司;四川華能太平驛水電有限責任公司;四川華能寶興河水電有限責任公司;四川華能嘉陵江水電有限責任公司;四川華能東西關水電股份有限公司;四川華能康定水電有限責任公司;四川華能涪江水電有限責任公司;華能明臺電力有限責任公司
• 主分類號: C25B11/02
• 分類號: C25B11/02;C25B13/02;C25B9/17;C25B1/04;C25B11/03
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃垚琳

本發明提供了一種新型導向楔形結構的電極單元、電解單元及應用，其中新型導向楔形結構的電極單元，包括：電極框和電極板；所述電極框內設有電極板，且兩者同軸設置；電極框與電極板構成一個儲液腔；電極框設有與儲液腔連通的液體入口流道和氣液出口流道；所述電極板為鋼板，電極板位于儲液腔內的表面間隔設有若干凹凸排列的楔形單元；若干楔形單元均勻分布，且每個楔形單元均與流經電極板的液體流動方向呈銳角設置。本發明所述新型導向楔形結構的電極單元，由于設置了若干凹凸排列的楔形結構單元，可減小氣泡在腔室內的停留時間，強化產氫反應的傳質過程，提高系統的產氫效率。

技術領域

本發明屬于電解水制氫技術領域，尤其涉及一種新型導向楔形結構的電極單元、電解單元及應用。

背景技術

氫能是一種新型的清潔能源，氫能利用過程最終僅產生水，不會產生污染物及二氧化碳排放。因此，目前在清潔能源大發展以及“碳達峰”、“碳中和”的歷史大背景下，氫能技術的發展勢在必行。目前，電解水制氫是最常用也是唯一大規模商業化運行的制氫方法。電解槽的結構決定了電解液的流動分布，對電解產氫過程的效率有重要影響。目前商用的壓濾式電解槽電解單元(小室)內部的主極板表面多采用凹凸相間的結構(乳凸結構)，如圖1所示。該結構的設計初衷，一方面可以使兩側的極板能夠以“頂對頂”的形式形成多點接觸；另一方面增加了流動的擾動程度，減小流道內各處電解液的濃度差，使電解液分布更均勻。但是在實際應用中，該乳凸結構的電極板有以下缺點：

1、堿液在小室內流動時，凹凸結構可以產生垂直于電極板的流動，但缺乏橫向流動，將導致堿液在電極板徑向的分布不均勻，且隨著電解槽尺寸的增加，堿液的非均勻分布越嚴重，將大大阻礙電解槽設備大型化的發展；

2、極板表面的凹凸結構使兩側極板為“頂對頂”接觸，即并未完全接觸，隨著電解的進行，小室產生的大量氣泡運動至凹凸頂點附近位置，將會增加電極板的接觸電阻，增大電解能耗；

3、電解單元內的氣泡經過凹凸結構時，有可能會被“卡”在凹陷處，增加氣泡的停留時間，增加電解能耗。

綜上，需要設計一種新型的電極板結構，以克服現有電極板的缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明一個目的在于提出一種新型導向楔形結構的電極單元，用于電解水制氫時，由于設置了若干凹凸排列的楔形結構單元，對流經的堿液起到了橫向分布的作用，促進了堿液在極板上的均勻分布，同時可產生垂直以及橫向兩個方向的流體擾動，大大增加了流動的湍動程度，可加快氣泡運輸，減小氣泡在腔室內的停留時間，強化產氫反應的傳質過程，提高系統的產氫效率。

本發明的另一個目的在于提出一種電解單元。

本發明的又一個目的在于提出新型導向楔形結構的電極單元在電解水制氫領域的應用。

為了達到上述目的，本發明第一方面實施例提出了一種新型導向楔形結構的電極單元，包括：電極框和電極板；

所述電極框內設有電極板，且兩者同軸設置；電極框與電極板構成一個儲液腔；電極框上設有與儲液腔連通的液體入口流道和氣液出口流道；

所述電極板為鋼板，電極板位于儲液腔內的表面間隔設有若干凹凸排列的楔形單元；若干楔形單元均勻分布，且每個楔形單元均與流經電極板的液體流動方向呈銳角設置。

本發明實施例的新型導向楔形結構的電極單元，用于電解水制氫時，由于設置了若干凹凸排列的楔形結構單元，對流經的堿液起到了橫向分布的作用，促進了堿液在極板上的均勻分布，同時可產生垂直以及橫向兩個方向的流體擾動，大大增加了流動的湍動程度，可加快氣泡運輸，減小氣泡在腔室內的停留時間，強化產氫反應的傳質過程，提高系統的產氫效率。

另外，根據本發明上述實施例提出的新型導向楔形結構的電極單元，還可以具有如下附加技術特征：

在本發明的一個實施例中，所述電極框為環狀；電極板內嵌于電極框的內圓周內，且兩者焊接于一體。