四板结构的用于电解槽的盒的制作方法

背景技术：

1、电转x(power-to-x)涉及电力转换、能量储存和使用剩余电功率的再转换路径，典型地是在波动的可再生能源发电超过负载的时段期间。

2、电解槽是利用电力驱动电化学反应例如将水分解成氢气和氧气的装置。电解槽的构造与电池或燃料电池非常相似；它由阳极、阴极和电解质组成。

3、电解槽产生的氢气非常适合用于氢燃料电池。电解槽中发生的反应与燃料电池中的反应非常相似，只是阳极和阴极中发生的反应相反。在燃料电池中，阳极是消耗氢气的地方，而在电解槽中，氢气是在阴极处产生的。当电解反应所需的电能来自可再生能源(比如风能或太阳能系统)时，可以形成非常可持续的系统。

4、直流电解(效率最多80％至85％)可以用于产生氢气，该氢气又可以经由甲烷化转化为甲烷(ch4)，或将氢气与co2一起转化为甲醇，或转化为其他物质。

5、以这种方式(例如通过风力涡轮机)产生的能量(比如氢气)然后可以被储存以供以后使用。

6、电解槽可以以多种不同的方式配置，并且通常分为两种主要设计：单极和双极。单极设计典型地使用液体电解质(碱性液体)，双极设计使用固体聚合物电解质(质子交换膜)。

7、碱性水电解有两个电极在氢氧化钾(koh)或氢氧化钠(naoh)的液体碱性电解质溶液中操作。这些电极由隔膜分开，从而将产物气体氧气o2和氢气h2分开，并将氢氧根离子(oh)从一个电极输送到另一个电极。

8、其他燃料和燃料电池包括磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、以及所有它们的子类别。此类燃料电池也适合用作电解槽。

9、如果设备中工作的流体溶液是在给定温度内以优化效率，则这是优点。如果设备可以紧凑且可扩展，则这也是优点。

技术实现思路

1、本发明的实施例的目的是提供一种用于电解槽的盒，该电解槽易于生产、高效且可扩展。

2、本发明提供了一种用于电解槽的盒，该盒包括两个冷却板以及呈阳极电解质板和阴极电解质板形式的两个电解质板，其中，这两个冷却板在一个表面处彼此接触，从而在这两个冷却板之间形成冷却流动路径，并且其中，每个冷却板在另一相反表面处接触电解质板，从而在一个冷却板与阳极电解质板之间形成阳极电解质流动路径并且在另一冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质流动路径，并且其中，这些电解质板和冷却板各自形成有用于冷却流体穿过该板的冷却开口、用于阳极电解质流体穿过该板的至少一个阳极电解质流体入口、用于阴极电解质流体穿过该板的至少一个阴极电解质流体入口、用于阳极气体穿过该板的至少一个阳极气体出口、以及用于阴极气体穿过该板的至少一个阴极气体出口。

3、因此，本发明提供了一种用于电解槽的盒。该盒包括两个冷却板和两个电解槽板。这两个电解槽板分别呈阳极电解质板和阴极电解质板的形式。冷却板和电解质板布置在盒中，使得两个冷却板在一个表面处彼此接触、即面向彼此，从而在它们之间形成冷却流动路径。

4、此外，每个冷却板在另一相反表面(即，相应冷却板的不面向另一冷却板以及在冷却板之间形成的冷却流动路径的表面)处接触(即，面向)电解质板之一。相应地，在一个冷却板与阳极电解质板之间形成阳极电解质流动路径，并且在另一冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质流动路径。因此，在冷却流动路径中流动的冷却流体向在阳极电解质流动路径中流动的阳极电解质流体以及在阴极电解质流动路径中流动的阴极电解质流体提供冷却。这允许这些流体的高效冷却，并且由此可以获得阳极电解质流体以及阴极电解质流体的合适温度。这确保了电解槽能够以高效的方式操作。

5、这些电解质板和冷却板各自形成有一组开口。每组开口包括冷却开口、至少一个阳极电解质流体入口、至少一个阴极电解质流体入口、至少一个阳极气体出口和至少一个阴极气体出口。这些开口允许各种流体穿过相应的板。因此，这些冷却开口允许冷却流体穿过，阳极电解质流体入口允许阳极电解质流体穿过，阴极电解质流体入口允许阴极电解质流体穿过，阳极气体出口允许阳极气体穿过，并且阴极气体出口允许阴极气体穿过。

6、该盒可以与几个其他盒叠置以形成电解槽。当盒以这种方式形成电解槽的一部分时，形成在冷却板和电解质板中的开口对齐，并且允许相关流体容易地供应至电解槽中的相关流动路径以及从相关流动路径收回。例如，冷却流体可以经由冷却开口被供应至冷却流动路径以及从冷却流动路径收回。此外，阳极电解质流体可以经由阳极电解质流体入口供应到阳极电解质流动路径，并且阳极气体产物可以经由阳极气体出口从阳极电解质流动路径收回。最后，阴极电解质流体可以经由阴极电解质入口供应到阴极电解质流动路径，并且阴极气体产物可以经由阴极气体出口从阴极电解质流动路径收回。这允许电解槽具有紧凑且可扩展的设计。

7、特别地，冷却开口使得能够供应冷却流体，这确保发生电解反应的整个活性区域被冷却。冷却开口的高容量使得能够确保整个活性区域上的温度均匀，并使得能够延长冷却路径。

8、盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得冷却开口与阳极电解质流动路径和阴极电解质流动路径密封，并且冷却开口可以与冷却流动路径流体连接。根据该实施例，确保了冷却流体既不与阳极电解质流体也不与阴极电解质流体混合，同时确保了冷却流体可以被供应到冷却流动路径以及从冷却流动路径收回。

9、类似地，盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得阳极电解质流体入口和阳极气体出口分别与冷却流动路径以及阴极电解质流体入口和阴极气体出口密封。根据该实施例，确保了阳极电解质流体既不与冷却流体混合，也不与阴极电解质流体混合。

10、类似地，盒中的冷却板和电解质板可以连接成使得阴极电解质流体入口和阴极气体出口分别与冷却流动路径以及阳极电解质流体入口和阳极气体出口密封。根据该实施例，确保了阴极电解质流体既不与冷却流体混合，也不与阳极电解质流体混合。

11、在上述实施例中，高效地确保了各个流动路径彼此分开，并且相应地，在盒中流动的各种流体保持分开并被防止混合。

12、这些电解质板中的每个电解质板可以在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间限定活性区域，并且该活性区域可以形成有开口，并且膜可以覆盖该活性区域。

13、根据该实施例，在阳极电解质板和阴极电解质板中的每一个中限定有活性区域。活性区域被限定在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间。在盒中流动的电解质流体典型地将经由该至少一个电解质流体入口中的至少一个进入形成在冷却板与电解质板之间的电解质流动路径(主要呈液态形式)，并且经由该至少一个气体出口中的至少一个离开该电解质流动路径(主要呈气态形式)。由于活性区域位于该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间，因此在电解质流动路径中流动的电解质流体经过活性区域。活性区域限定了电解槽中发生电解的部分。

14、给定电解质板的活性区域可以设置有电解质板开口和/或被膜覆盖。这些电解质板开口形成多孔区域。由于活性区域并且因此还有多孔区域是形成在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间，因此在电解质流体路径中流动的电解质流体经过多孔区域。形成在活性区域中的开口允许气体在电解质板的一侧处覆盖活性区域的膜与形成在电解质板的另一侧上的电解质流体流动路径之间穿过该电解质板。当电解槽盒叠置成电解槽时，一个电解槽盒的阳极电解质板将布置为邻近于邻近的电解槽盒的阴极电解质板，并且膜将布置在该阳极电解质板与该阴极电解质板之间。这允许水力离子(hydronic ion，h-)从阴极电解质板经由膜输送到阳极电解质板，同时保持电解产生的产物气体(例如分别是o2和h2)分开。相应地，形成在活性区域和膜中的开口允许产物气体和离子扩散。

15、该盒可以进一步包括环绕活性区域的垫片，并且该垫片可以将活性区域内的电解质流体与气体出口分开。垫片确保电解质流体与气态产物分开。这是优点，因为在电解质流体和气态产物将相互作用的情况下，存在可能发生短路的风险，并且电解槽的效率将降低。

16、这两个冷却板可以在其边沿处彼此接触。根据该实施例，形成在这两个冷却板之间的冷却流动路径沿着冷却板的边沿与盒的其余部分分开。此外，允许冷却流动路径占据这两个冷却板之间限定的整个体积。这允许对在相邻电解质流动路径中流动的电解质流体进行高效冷却。

17、冷却板可以例如通过焊接、钎焊或软焊在其边沿处彼此固定。作为替代方案，冷却板可以以非永久的方式彼此连接，例如通过布置在冷却板之间并沿着其边沿的垫片或类似密封件被夹持在一起。

18、可以在冷却板中和/或电解质板中在冷却开口的圆周处、在电解质流体入口的圆周处和/或在气体出口的圆周处形成突出部，这些突出部与相应的相邻板建立接触。例如，突出部可以通过接触形成在相邻板上的类似突出部来建立与相邻板的接触。根据该实施例，相应开口周围的区域被稳定，从而确保可以应对开口附近的预期压力条件。

19、可以在突出部中形成开口，从而允许相应的流体进入相应的流动路径。这些开口中的至少一个开口可以呈形成在这些板中的一个板中的突出部中的凹部的形式，从而确保该突出部不接触形成在相邻板中的突出部。这是确保相关流体能够进入相关流动路径、同时为各个开口周围的区域提供稳定性的简单且准确的方式。

20、可以在两个相连接的相邻板中均形成凹部。根据该实施例，使得流体进入给定流动路径的开口由形成在两个相连接的相邻板中的凹部协作形成。

21、阳极气体出口和阴极气体出口可以位于冷却入口开口与冷却出口开口之间。根据该实施例，提供了用于气态产物的延长的冷却路径，从而确保其高效冷却。

22、这些板中的每个板可以限定沿盒的长度方向经过的中心线，并且阳极气体出口可以位于中心线的第一侧，而阴极气体出口可以位于中心线的第二相反侧。例如，板可以关于中心线对称，例如板的右半部镜像板的左半部。根据该实施例，防止阳极电解质流动路径和阴极电解质流动路径的相应气态产物混合。

23、板的对称性使板的正面和背面相同。这使得能够在两个侧面上使用板，而不必考虑正确的侧面取向。另外，同一板可以用作阳极电解质板或阴极电解质板。这也与制造工艺有关。例如，可以仅使用一种工艺和相同的工具来生产阳极电解质板和阴极电解质板。对于两个冷却板也获得了类似的优点。

24、例如，阳极气体出口可以位于中心线的第一侧、基本上在相应板的第一侧边缘与中心线之间的中间，并且/或者阴极气体出口可以位于中心线的第二侧、基本上在相应板的第二侧边缘与中心线之间的中间。