一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板的制作方法

本发明属于电解槽，涉及电解槽极板，具体涉及一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板。

背景技术：

1、由于传统化石能源对环境和气候造成的巨大影响，开发新能源技术迫在眉睫。氢能作为一种清洁高效的可再生能源，是替代传统化石燃料的最有潜力的能源载体。如今，电解水制氢技术发展较为成熟，美国通用公司在20世纪70年代研制出了质子交换膜电解槽，目前主要有质子交换膜电解制氢、碱性电解制氢和固体氧化物电解制氢三种形式，而碱性电解槽因为良好的机械性能和电化学性能被广泛应用。

2、随着水电解制氢技术的不断发展及电解槽规模的扩大，电解水工作过程中出现的电解质分布不均、电解槽内局部温度过高、出入口温差较大和电极材料老化等问题限制了电解槽的性能。因此，目前的研究方向主要从催化剂、双极板设计等方面进行，以降低成本并提高电解槽的效率。

3、双极板是电解槽的主要部件之一，理想的流道设计能够均匀分配电解质、强化传质过程、减小出入口温差以及为水电解过程提供最佳的热传导路径等。传统的平行流场、蛇形流场和螺旋流场得到了广泛的应用，但仍具有一定的不足之处，如：平行流场中各通道流速分布不均、压差较小，会导致较差的流动性；蛇形流场在流动过程中会在弯道处产生气液堆积；螺旋流场在边缘处较低的流速不利于产氢。

4、因此，为了提高电解槽工作效率，需要设计合理的流场结构以降低流动阻力，改善电解质与温度分布均匀性，减小出入口压降。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，实现缩短电解液流动路径、有利于流场内气体快速排出、实现反应物浓度与电流密度均匀分布、增强传质以提高电极利用效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，包括圆盘状的电解槽极板本体，所述的电解槽极板本体的中心设置有电解液进液口，所述的电解槽极板本体的正面设置有电解区，所述的电解区外周设置有电极槽，所述的电极槽外周设置有密封凹槽，所述的密封凹槽外周设置有极板框，所述的极板框上均分设置有多组螺栓孔；

4、所述的电解区包括与电解液进液口连接的蛇形进液流道以及与其呈叉指分布的气液收集流道；

5、所述的蛇形进液流道与气液收集流道之间设置有叉指肋板；

6、所述的电解槽极板本体的背面设置有与电解液进液口连接的电解液进口凹槽，以及通过多个连接小孔与气液收集流道连通的气液汇集流道。

7、本发明还具有以下技术特征：

8、优选的，所述的电解区对称等分设置为多个电解分区；

9、所述的电解分区均对应设置有一组叉指分布的蛇形进液流道和气液收集流道。

10、进一步的，所述的电解区按照电解槽极板本体尺寸大小设置有二等分、三等分、四等分或五等分的电解分区。

11、优选的，所述的蛇形进液流道、叉指肋板和气液收集流道对应设置为圆弧形、流线型、特殊曲线型结构或其他不规则的仿生结构形状。

12、优选的，所述的蛇形进液流道和气液收集流道厚度呈梯度减小。

13、优选的，所述的电解槽极板本体采用高导电性石墨材料或耐腐蚀的不锈钢材料制成。

14、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

15、本发明的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板电解液从电解液进液口流入后，进入靠近入口位置的均匀分布的蛇形进液流道，通过蛇形进液流道将电解液分散至电解区各个区域，最终通过肋下传质将电解液分散至整个电解区，在缩短流动路径、降低浓度损失的同时，能够使压降均匀，利于气体排出，加快电极反应；

16、液收集流道与蛇形进液流道不直接连通，通过肋板的阻挡，使得电解液在流出的过程中增加了肋下的分速度，由于电极反应是在多孔电极催化层内进行的，会产生肋下气泡的聚集，通过加强肋下传质可以顺利将电解产生的气体及时排出，有利于肋下电极反应；

17、通过电极背部的电解液进口凹槽以及气液汇集流道从而实现极板中间进液的同时，将极板设计为一体化结构，通过一块极板即可实现进液、电解以及产物排出等过程，便于实现多电解室集成，并且中间进液优化了传统电解槽因为受重力影响使得气体分布不均匀的问题。

技术特征：

1.一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，包括圆盘状的电解槽极板本体，所述的电解槽极板本体的中心设置有电解液进液口(10)，所述的电解槽极板本体的正面设置有电解区(5)，所述的电解区(5)外周设置有电极槽(4)，所述的电极槽(4)外周设置有密封凹槽(3)，所述的密封凹槽(3)外周设置有极板框(1)，所述的极板框(1)上均分设置有多组螺栓孔(2)；

2.如权利要求1所述的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，所述的电解区(5)对称等分设置为多个电解分区；

3.如权利要求2所述的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，所述的电解区(5)按照电解槽极板本体尺寸大小设置有二等分、三等分、四等分或五等分的电解分区。

4.如权利要求1所述的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，所述的蛇形进液流道(6)、叉指肋板(7)和气液收集流道(8)对应设置为圆弧形、流线型、特殊曲线型结构或其他不规则的仿生结构形状。

5.如权利要求1所述的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，所述的蛇形进液流道(6)和气液收集流道(8)厚度呈梯度减小。

6.如权利要求1所述的蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，其特征在于，所述的电解槽极板本体采用高导电性石墨材料或耐腐蚀的不锈钢材料制成。

技术总结本发明公开了一种蛇形叉指混合流场碱性电解槽极板，包括圆盘状的电解槽极板本体，电解槽极板本体的中心设置有电解液进液口，电解槽极板本体的正面设置有电解区，电解区外周设置有电极槽，电极槽外周设置有密封凹槽，密封凹槽外周设置有极板框，所述的极板框上均分设置有多组螺栓孔；电解区包括与电解液进液口连接的蛇形进液流道以及与其呈叉指分布的气液收集流道；蛇形进液流道与气液收集流道之间设置有叉指肋板；电解槽极板本体的背面设置有与电解液进液口连接的电解液进口凹槽，以及通过连接小孔与气液收集流道连通的气液汇集流道；缩短电解液流动路径，有利于气体快速排出、反应物浓度与电流密度均匀分布、增强传质以提高电极利用效率。技术研发人员：李印实,刘伟团,郎文平受保护的技术使用者：陕西清能动力科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12