一种碱性水电解槽的极板流道装置及相应极板的制作方法

本技术属于碱性水电解设备，涉及一种碱性水电解槽的极板流道装置及相应极板。

背景技术：

1、发展基于水电解制氢的绿色氢能，有助于消纳波动的可再生能源，避免“弃光”“弃风”；同时将氢气作为传统化石能源高碳排放行业的替代原料，减少碳排放，能够产生明显的环境效益，并且具有成本优势。目前已商用的水电解制氢技术包括碱性水电解和纯水电解制氢两种。纯水电解制氢设备集成度高、体积较小，但成本较高且设备寿命较短，难以适用于长时间、大功率稳定运行的制氢场景。国内目前开展的可再生能源制氢项目，从设备的可靠性和运行经济性等方面考虑，普遍采用碱性水电解制氢。

2、碱性水电解制氢是在充满碱性电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。氢能作为清洁能源的重要组成部分，正处于产业的快速发展期，与其相适应的碱性水电解制氢装置正在向大型化发展。碱性水电解槽是制氢装置中核心设备，碱性水电解槽的大型化必然大幅增加电解小室数量，电解小室的增加引起电解槽内流场的均匀性变差，各电解室的温度差异增大，电解液流动的阻力增大，电解槽的运行状态变差，这些不利因素将影响碱性水电解槽大型化的发展。

3、申请号为2020102786989的中国发明申请，公开了一种碱性水电解槽用极板，极板包括能够一体成型的板面和极框两部分，板面采用薄金属板作为支撑件和导电体，而极框采用工程塑料注塑或模压而成，能够显著减少极板加工工序、提高加工效率，有效降低电解槽的重量和成本，同时，能够有效避免传统极板的金属极框的易腐蚀问题，并降低设备重量及成本。

4、申请号为2021104870780的中国发明申请，公开了一种高电流密度的碱性水电解槽结构及装置，包括左端板、阴极集流板，多个依次叠加的电解小室单元、阳极集流板和右端板，通过多组螺栓紧固构成。其中，电解小室单元由阴极单极板、绝缘膜、阳极单极板以及设置在中间的密封垫构成；阴极单极板和阳极单极板表面分别设置有完全对称的流场，阴极单极板流场内涂覆有析氢催化剂构成阴极电极，阳极单极板流场内涂覆有氢氧化镍构成阳极电极，阴、阳电极通过绝缘膜绝缘分隔。

5、申请号为2023104673921的中国发明申请，公开了一种用于碱性水电解槽的复合型流场组件，包括隔膜、分别设于隔膜两侧的阳极和阴极、设于阳极和阴极侧方的极板、与极板匹配的极框、设于极框上的出液口和进液口；极板靠近进液口的区域上设有半球形凸起结构和半球形凹陷结构，其余位置设有镍网结构，同时结合乳突状流场和镍网流场的优势。

6、现有技术的碱性水电解槽的极板流道，通常由乳头状凸起的极板或拉网极板形成，存在流通阻力大、通流面积小、流场不均匀、加工工艺复杂等问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种碱性水电解槽的极板流道装置，提高碱性水电解制氢过程中电解液与极板接触面积，均匀分布电解液流动，缩短电解槽中电解液的流动路径，降低电解液流动阻力，改善电解小室内流场，从而有利于电解槽降低能耗和可靠运行。本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

2、一种碱性水电解槽的极板流道装置，其特征在于，所述极板流道装置整体为圆柱体或长方体，在极板流道装置中心设有平面主板，在平面主板两侧设有平面流道；所述平面流道的两侧为多孔平面，内部是多孔腔体，腔体中的空隙形成细密的联通通道。

3、进一步的，所述极板流道装置的材质为金属镍或镍合金。

4、进一步的，所述多孔腔体的孔隙率在98%以上。

5、进一步的，所述多孔腔体由规则的立体结构单元组合而成，所述立体结构单元选自六角柱形体、三棱柱体、四棱柱体中的一种或几种。这样的立体结构单元可以通过编织、铸造等工艺制备，使多孔腔体的组成单元为规则的立体结构。

6、进一步的，所述多孔腔体由不规则的立体结构单元组合而成。这样的立体结构单元可以通过发泡、烧结等工艺制备，由发泡、烧结等工艺自然形成由不规则立体结构单元构成的多孔腔体。

7、进一步的，所述联通通道形成迷宫式结构。

8、一种碱性水电解槽的极板，其特征在于，包括极板框和极板密封面，所述极板框截面为圆环形或中空的矩形，在极板框内部安装上述极板流道装置。

9、进一步的，在极板框的上部开有氢出气孔和氧出气孔，氢出气孔和氧出气孔通过导沟连通形成气路通道。

10、进一步的，在极板框的下部开有电解液进液口，电解液进液口通过导沟连通形成液路通道。

11、进一步的，在极板框的外侧面上还固定有输电板。

12、本实用新型提供的一种碱性水电解槽的极板流道装置及相应极板，极板框、平面主板和平面流道形成电解液小室腔室，腔室内可以容纳电解液。平面流道具有高接触面积和高结构强度的优点，能够对电解液进行充分扰动。电解液流通阻力小，电解液可以均匀分布到多孔腔体内的任何角落，因而可以改善电解液小室内流场，有利于电解槽降低能耗和可靠运行。同时本实用新型提供的一种碱性水电解槽的极板流道装置及相应极板，加工工艺简单，适合制备大型碱性水电解槽装备。

技术特征：

1.一种碱性水电解槽的极板流道装置，其特征在于，所述极板流道装置整体为圆柱体或长方体，在极板流道装置中心设有平面主板，在平面主板两侧设有平面流道；所述平面流道的两侧为多孔平面，内部是多孔腔体，腔体中的空隙形成联通通道。

2.根据权利要求1所述的极板流道装置，其特征在于，所述极板流道装置的材质为金属镍或镍合金。

3.根据权利要求1所述的极板流道装置，其特征在于，所述多孔腔体的孔隙率在98%以上。

4.根据权利要求1所述的极板流道装置，其特征在于，所述多孔腔体由规则的立体结构单元组合而成，所述立体结构单元选自六角柱形体、三棱柱体、四棱柱体中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的极板流道装置，其特征在于，所述多孔腔体由不规则的立体结构单元组合而成。

6.根据权利要求1所述的极板流道装置，其特征在于，所述联通通道形成迷宫式结构。

7.一种碱性水电解槽的极板，其特征在于，包括极板框和极板密封面，所述极板框截面为圆环形或中空的矩形，在极板框内部安装根据权利要求1-6任一项所述的极板流道装置。

8.根据权利要求7所述的极板，其特征在于，在极板框的上部开有氢出气孔和氧出气孔，氢出气孔和氧出气孔通过导沟连通形成气路通道。

9.根据权利要求7所述的极板，其特征在于，在极板框的下部开有电解液进液口，电解液进液口通过导沟连通形成液路通道。

10.根据权利要求7所述的极板，其特征在于，在极板框的外侧面上还固定有输电板。

技术总结本技术公开了一种碱性水电解槽的极板流道装置及相应极板，属于碱性水电解设备技术领域。极板流道装置整体为圆柱体或长方体，在极板流道装置中心设有平面主板，在平面主板两侧设有平面流道；平面流道的两侧为多孔平面，内部是多孔腔体，腔体中的空隙形成联通通道。极板包括极板框和极板密封面，极板框截面为圆环形或中空的矩形，在极板框内部安装上述极板流道装置。平面流道具有高接触面积和高结构强度的优点，能够对电解液进行充分扰动。电解液流通阻力小，电解液可以均匀分布到多孔腔体内的任何角落，因而可以改善电解液小室内流场，有利于电解槽降低能耗和可靠运行。同时本技术加工工艺简单，适合制备大型碱性水电解槽装备。技术研发人员：程帆,汤应爽受保护的技术使用者：北京中电绿波科技有限公司技术研发日：20231107技术公布日：2024/5/16