具有多孔电解质板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电解质板，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盒的电解质板，该电解槽盒进一步包括至少一个冷却板，其中，该电解质板形成有用于冷却流体穿过该电解质板的至少一个开口、用于电解质流体穿过该电解质板的至少一个电解质流体入口、以及用于气体穿过该电解质板的至少一个气体出口，并且其中，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形成有多孔区域，该多孔区域形成有被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流体路径之间穿过该电解质板的开口。

3、因此，本发明提供了一种例如呈阳极电解质板或阴极电解质板形式的电解质板。电解质板被配置成形成电解槽盒的一部分，该电解槽盒进一步包括至少一个冷却板。该至少一个冷却板允许冷却在沿着电解质板的电解质路径中流动的电解质流体。

4、例如，电解槽盒可以包括呈一个阳极电解质板和一个阴极电解质板形式的两个电解质板、以及两个冷却板。这些板可以布置成使得，在这些冷却板之间形成冷却路径，在一个冷却板与阳极电解质板之间形成阳极电解质路径，并且在另一个冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质路径。这允许在冷却路径中流动的冷却流体向在阳极电解质路径中流动的阳极电解质流体以及在阴极电解质路径中流动的阴极电解质流体提供冷却。相应地，可以由此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、电解槽盒可以与几个其他电解槽盒叠置以形成电解槽。这将在下面进一步详细描述。

6、电解质板形成有用于冷却流体穿过该电解质板的至少一个开口、用于电解质流体穿过该电解质板的至少一个电解质流体入口、以及用于气体穿过该电解质板的至少一个气体出口。相应地，冷却流体以及被供应至电解质路径的电解质流体(主要呈液态形式)和离开电解质路径的电解质流体(主要呈气态形式)可以穿过电解质板。这将在电解质板形成电解槽盒的一部分时以及在这种电解槽盒与其他电解槽盒叠置以形成电解槽时，允许此类流体被供应到相关流动路径以及从相关流动路径收回。

7、在电解质板中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形成有多孔区域。当电解质板形成电解槽盒的一部分时，电解质流体将典型地经由该至少一个电解质流体入口中的至少一个进入沿着电解质板延伸的电解质流体路径，并且经由该至少一个气体出口中的至少之一离开电解质流体路径。由于多孔区域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穿过多孔区域。

8、多孔区域形成有被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流体路径之间穿过电解质板的开口。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。

9、形成有开口的多孔区域增加了电解质板的表面积。电解质板的表面的增大致使产生的电流增大，从而提高电解速率。

10、电解质板的开口的制作(即，向外弯折)提高了生产过程效率并减少了材料浪费。换句话说，这提高了材料资源效率，因为使用了生产电解质板所需的所有材料。

11、电解质板可以至少在被适配成与膜匹配的区域中是多孔的，从而允许产物气体和离子扩散。根据该实施例，就整个膜被布置成与多孔区域接触的意义上来说，电解质板的多孔区域与膜的区域匹配。这允许产物气体和离子在膜的整个区域中扩散。

12、形成在多孔区域中的开口可以通过半切割形成，从而允许切开部分形成向外弯折的折片。根据该实施例，在电解质板中形成切口。切口限定了折片，这些折片然后被向外弯折，从而产生形成多孔区域的开口。

13、电解质板的与在这些折片的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。根据该实施例，向外弯折的折片从电解质板的一侧突出，而电解质板的相反侧基本上是平坦的，即基本上没有这样的突起。电解质板的具有突出的向外弯折的折片的这侧可以面向电解质流体路径，而相反的、基本上平坦的那侧可以面向膜。

14、可以在形成在多孔区域中的开口周围形成凹部。根据该实施例，凹部有助于将气体(比如氢气或氧气)朝向开口引导。

15、凹部可以沿电解质板的长度方向延伸。根据该实施例，气体基本上沿着电解质板的长度方向、从而基本上沿着电解质流体路径中的电解质流体的流动方向被朝向开口引导。这确保了气体穿过开口的顺畅流动。

16、凹部可以覆盖形成在多孔区域中的多个开口。根据该实施例，给定的凹部将气体朝向多个开口引导。这是确保气体穿过多个开口的顺畅流动的简单方式。

17、凹部可以形成在电解质板的被适配成面向膜的表面处。在开口是由从电解质板的面向电解质流体路径的表面突出的突起(比如向外弯折部分)形成的情况下，该面向膜的表面可以基本上是平坦的。在该表面中形成凹部将确保朝向膜的界面保持基本上平坦，从而致使电解质板与膜之间的牢固接触。

18、形成在多孔区域中的开口中的每一个可以由两个切口形成，并且这两个切口之间的区段可以形成外推区段，该外推区段在两个位置处接触电解质板的其余部分。根据该实施例，多孔区域的开口是通过在电解质板中为每个开口提供两个切口(例如两个基本上平行的切口)而形成的。然后，将布置在两个切口之间的区段向外推，从而在外推区段与电解质板的其余部分之间形成间隙，该间隙限定了与两个原始切口相对应的两个开口。该间隙与这两个开口形成了多孔区域处的开口。然而，外推区段的例如基本上垂直于这两个切口延伸的两个端部保持附接到电解质板的其余部分。因此，外推区段可以具有类似于桥或拱的形状。

19、外推区段可以定位成使得由两个切口和外推区段限定的这两个开口中的至少一个指向相应电解质气体出口的方向。与上述实施例类似，这确保了气体穿过形成在多孔区域中的开口的顺畅流动。

20、电解质板的与在外推区段的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。与上述实施例类似，这确保了电解质板与膜之间良好且牢固的接触。

21、形成在多孔区域中的开口可以由下推凸缘形成。根据该实施例，通过将电解质板的一部分向外推、同时基本上在被向外推的部分的中心处形成孔或开口来形成开口。这形成了具有自由端的凸缘，该自由端限定了形成在被向外推的部分的中心处的开口的边沿。

22、这些下推凸缘可以定位成使得凸缘的自由端指向相应电解质气体出口的方向。与上述实施例类似，这确保了气体穿过形成在多孔区域中的开口的顺畅流动。

23、电解质板的与在凸缘的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。与上述实施例类似，这确保了电解质板与膜之间良好且牢固的接触。

24、形成在多孔区域中的开口可以被形成为长度大于宽度。根据该实施例，这些开口具有长形形状。开口的形状和大小影响气体(氢气或氧气)的流动。

25、形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以沿着与电解质板的长度方向l平行的方向延伸，即，开口的长度方向可以沿着电解质板的长度方向l布置。

26、替代性地或附加地，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以沿着与电解质板的长度方向l垂直的方向延伸，即，开口的长度方向可以布置成基本上垂直于电解质板的长度方向l。

27、替代性地或附加地，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以定位成其长度方向相对于电解质板的长度方向l成角度。根据该实施例，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口被布置成其长度方向既不平行于也不垂直于电解质板的长度方向l。替代地，这些开口被布置成其长度方向与电解质板的长度方向l成角度，例如，成在30度至60度区间内(比如大约45度)的角度。

28、形成在多孔区域中的开口可以具有“肉骨”形的弯曲形状。根据该实施例，这些开口具有与肉骨的形状类似的形状，即，端部处比中心区段处宽。肉骨开口形状是避免在电解槽板处进行开口压出过程期间可能发生的电解槽板的不希望变形的措施。肉骨形状是使张力较小以使板保持正确的形状的最佳形状。

29、形成在多孔区域中的开口可以具有凹形区段和凸形区段。例如，上述“肉骨”形状就是这种情况。例如，形成在多孔区域中的开口的相反两端可以从相应开口的内侧看去是凹形的，并且从相应开口的内侧看去在中心处形成有凸形区段。相应地，如上所述，这降低了电解槽板发生不希望的变形的风险。

30、形成在多孔区域中的开口可以是对称的，其中两个半部彼此镜像。这些开口的对称特征将平衡由按压力引起的深拉应力，并减少或甚至防止变形的发生。

31、形成在多孔区域中的开口在中心部分处的宽度可以小于当电解质板和冷却板在电解槽盒中彼此连接时形成在相邻冷却板中的接触柱的上部宽度或直径。根据该实施例，接触柱确保在电解质板与相邻冷却板之间的适当间距，并且可以进一步确保这些板之间的电接触。然而，这是在使穿过形成在多孔区域中的开口的流动由于接触柱而受到的阻碍最小的情况下实现的。