[實用新型]一種質子交換膜水電解槽

有效

• 申請號: 202220406103.8
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN216786268U
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 趙海超;趙宏;張紀堯;王杰;甄崇禮
• 申請（專利權）人: 青島創啟信德新能源科技有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/21;C25B11/04
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 邵朋程

本實用新型公開一種質子交換膜水電解槽，該電解槽是由陰極端板、陰極板、第一密封墊圈、第一陰極擴散層、第一膜電極、第一陽極擴散層、第二密封墊圈、雙極板、第三密封墊圈、第二陰極擴散層、第二膜電極、第二陽極擴散層、第四密封墊圈、陽極板、陽極端板依次組裝，并用螺桿螺母緊固為一體；所述第一膜電極和第二膜電極均是由質子交換膜、陰極催化層和陽極催化層構成；所述陽極板的一側設置有反應流場，從頂部至底部，反應流場依次包括相連通的第一流場分配區、流場反應區和第二流場分配區。本實用新型通過優化設計水電解槽極板流場等，使得流場內氣液分布均勻，提高傳輸效率，進一步提高電解性能，而且可節省原料，提高質子膜利用率、降低成本。

技術領域

本實用新型涉及電解水制氫技術領域，具體地說是涉及一種質子交換膜水電解槽。

背景技術

氫能是一種理想的清潔能源，具有巨大的發展潛力。氫能的利用需要從制氫開始，制氫過程按照碳排放強度分為灰氫、藍氫、綠氫(電解水制氫、可再生能源)。氫能產業發展的初衷是零碳或低碳排放，因此綠氫是未來能源產業的發展方向。PEM電解水是一種優異的制綠氫技術，PEM水電解制氫技術類似于質子交換膜燃料技術的逆反應，其原理是在流場板兩端施加電壓，并且向陽極側供給水，水在陽極被分解為氧氣O₂、質子H⁺及電子e^-，H⁺再通過質子交換膜到達陰極，在陰極與e^-生成氫氣。PEM水電解電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載，與風電、光伏(發電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性，發展前景廣闊。雖然PEM電解水制氫技術有如上諸多優點，但是目前其發展也存在許多技術難題，例如成本高，陽極側氣液傳輸中，氧氣對反應水傳輸影響，氣液傳輸效率低等。

實用新型內容

基于上述技術問題，本實用新型提出一種質子交換膜水電解槽。

本實用新型所采用的技術解決方案是：

一種質子交換膜水電解槽，包括陰極端板、陰極板、陰極擴散層、膜電極、陽極擴散層、雙極板、陽極板、陽極端板和密封墊圈；

所述陰極擴散層包括第一陰極擴散層和第二陰極擴散層，陽極擴散層包括第一陽極擴散層和第二陽極擴散層；所述膜電極包括第一膜電極和第二膜電極；

第一陰極擴散層和第一陽極擴散層相鄰布置，第一膜電極設置在第一陰極擴散層和第一陽極擴散層之間；第二陰極擴散層和第二陽極擴散層相鄰布置，第二膜電極設置在第二陰極擴散層和第二陽極擴散層之間；

所述密封墊圈包括第一密封墊圈、第二密封墊圈、第三密封墊圈和第四密封墊圈，其中第一密封墊圈設置在陰極板和第一陰極擴散層之間，第二密封墊圈設置在第一陽極擴散層和雙極板之間，第三密封墊圈設置在雙極板和第二陰極擴散層之間，第四密封墊圈設置在第二陽極擴散層和陽極板之間；

陰極端板、陰極板、第一密封墊圈、第一陰極擴散層、第一膜電極、第一陽極擴散層、第二密封墊圈、雙極板、第三密封墊圈、第二陰極擴散層、第二膜電極、第二陽極擴散層、第四密封墊圈、陽極板、陽極端板依次組裝，并用螺桿螺母緊固為一體。

優選的，所述第一膜電極和第二膜電極均是由質子交換膜、陰極催化層和陽極催化層構成，陽極催化層和陰極催化層設置于質子交換膜兩側。

優選的，所述第一陽極擴散層和第二陽極擴散層均采用鈦纖維氈。

優選的，在鈦纖維氈的表面設置有耐腐蝕涂層。

優選的，所述第一陰極擴散層和第二陰極擴散層均采用多層碳紙。

優選的，所述陽極板的一側設置有反應流場，在陽極板的頂部設置有與反應流場相通的進水口，在陽極板的底部設置有與反應流場相通的水氧出口；從頂部至底部，反應流場依次包括相連通的第一流場分配區、流場反應區和第二流場分配區；