具有接触柱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和两个电解质板，其中，这两个冷却板在一个表面处彼此接触并在这两个冷却板之间形成冷却流动路径，并且每个冷却板在另一相反表面处接触电解质板中的一个电解质板并在冷却板与相应的电解质板之间形成电解质流动路径，其中，该盒进一步包括至少一个接触柱，该至少一个接触柱在冷却板中的至少一个冷却板与电解质板中的至少一个电解质板之间建立连接。

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质板。这两个电解质板可以例如呈阳极电解质板和阴极电解质板的形式。这些板被布置在盒中，使得两个冷却板在一个表面处彼此接触，即面向彼此。这在冷却板之间形成冷却流动路径，冷却流体可以在该冷却流动路径中流动。

4、此外，每个冷却板在与面向另一冷却板的表面相反的表面处接触(即面向)电解质板之一。这在每个冷却板与邻近于其布置的相应的电解质板之间形成电解质流动路径，例如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个冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质流动路径。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。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、该盒进一步包括至少一个接触柱，该至少一个接触柱在冷却板中的至少一个冷却板与电解质板中的至少一个电解质板之间建立连接。优选地，该连接是形成在邻近于彼此布置的冷却板和电解质板之间，即，通过形成在冷却板与电解质板之间的电解质流动路径形成。

6、该至少一个接触柱支撑这些板的平行布置并确保在冷却板与相邻电解质板之间维持适当的距离，基本上不受盒内的压力条件的影响。

7、电解槽盒可以与几个其他电解槽盒叠置以形成电解槽。盒可以叠置，使得一个盒的阳极电解质板邻近于相邻盒的阴极电解质板定位，例如，在它们之间有膜。

8、接触柱可以分布在冷却板上。根据该实施例，在这些板的整个区域上确保冷却板与相邻电解质板之间的适当距离。这在板相对较大的情况下特别是个优点，因为在这种情况下，存在板可能在它们的中心部分处或附近例如由于压力条件而弯折的风险，从而导致在板的区域上板之间的距离变化，并且相应地流动路径没有被很好地限定。

9、该至少一个接触柱可以背向相邻冷却板并指向邻近于相应冷却板定位的相应电解质板。根据该实施例，该至少一个接触柱延伸穿过相应的电解质流动路径，而不是穿过冷却流动路径。相应地，冷却流体流不会被接触柱阻碍，并且确保了高效的冷却。

10、每个电解质板可以形成有至少一个电解质流体入口和至少一个气体出口，并且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，并且活性区域可以被适配成与膜对齐。

11、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沿着电解质板延伸的电解质流动路径(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。

12、给定电解质板的活性区域可以例如设置有电解质板开口和/或被膜覆盖。电解质板开口形成电解质板的多孔区域并且可以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。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。

13、该至少一个接触柱可以定位成在活性区域中接触相应电解质板。根据该实施例，该至少一个接触柱被布置为尽可能靠近发生电解反应的热源，即靠近活性区域。这确保了整个活性区域上的均匀冷却，因此也确保了整个活性区域上的均匀且正确的温度。相应地，确保了电解反应的正确温度。整个活性区域上的均匀温度提供了电解质板上相同的电阻，并提供了最大的电解效率。

14、该至少一个接触柱可以形成与相应电解质板的电接触，从而为该相应电解质板供应电流/电压。

15、接触柱可以形成冷却板的一部分并且可以附接至相应的电解质板或被压成与相应的电解质板接触。根据该实施例，接触柱形成冷却板的一体部分。通过使形成冷却板的一部分的接触柱与相关电解槽板接触来建立冷却板与相应的电解槽板之间的接触。接触柱可以例如通过焊接或软焊固定地附接到电解质板。作为替代方案，可以简单地通过将板压在一起来推动接触柱与相应的电解质板接触。

16、作为替代方案，接触柱可以形成电解质板的一部分并且可以附接至相应的冷却板或被压成与与相应的冷却板接触。这与上述实施例类似。然而，在这种情况下，接触柱形成电解质板的一体部分，而不是冷却板的一体部分。与上述实施例类似，接触柱可以例如通过焊接或软焊固定地附接至冷却板，或者它们可以简单地被推动成与冷却板接触。

17、作为另一替代方案，每个接触柱可以包括形成冷却板的一部分的第一部分和形成电解质板的一部分的第二部分，并且第一部分和第二部分可以彼此附接或被压成彼此接触以形成接触柱。根据该实施例，给定接触柱的一部分形成冷却板之一的一体部分，并且该接触柱的另一部分形成电解质板的一体部分。在这种情况下，该冷却板与该电解质板之间经由接触柱的接触是通过使这两个部或部分彼此接触而建立的。与上述实施例类似，这两个部分可以例如通过焊接或软焊彼此固定地附接，或者它们可以简单地被推动成彼此接触。

18、冷却板可以形成有分布在冷却板的区域上的冷却单元。根据该实施例，这些冷却单元中的每个冷却单元为冷却板的小区域提供冷却。这在冷却板的整个区域上提供了均匀且高效的冷却，并且这进而提供了对在相应的电解质流动路径中流动的电解质流体的高效冷却。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。

19、冷却单元可以至少形成在电解质板的被适配成被膜覆盖的区域中。

20、当盒与其他盒叠置以形成电解槽时，膜将被布置在形成一个盒的一部分的阳极电解质板与形成相邻盒的一部分的阴极电解质板之间。相应地，膜允许水力离子(hydronicion，h-)从阴极电解质板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。

21、根据该实施例，冷却单元定位在冷却板处，使得它们至少向相邻电解质板的安装有膜的部分提供冷却。如上所述，这确保了整个活性区域上的均匀冷却，因此也确保了整个活性区域上的均匀且正确的温度。相应地，确保了电解反应的正确温度。整个活性区域上的均匀温度提供了电解质板上相同的电阻，并提供了最大的电解效率。

22、冷却单元可以形成有图案，该图案被适配成接触所连接的相邻冷却板的类似图案，从而在冷却单元内形成冷却路径。根据该实施例，当两个冷却板被连接而在其间形成具有冷却单元的冷却流动路径时，形成在一个冷却板上的图案与形成在另一冷却板上的图案接触。这在各个冷却单元内产生了障碍物，并且这些障碍物迫使冷却流体在从冷却单元入口到冷却单元出口穿过冷却单元时多次改变方向。这得到非常高效的冷却。

23、该图案可以为波纹图案，并且所连接的相邻冷却板的波纹图案可以定位成彼此交叉并且在交叉点处相接触。根据该实施例，形成在相应冷却板上的图案之间的接触呈基本均匀地分布在每个冷却单元上的几个小接触点的形式。这得到每个冷却单元上高度均匀且高效的冷却。

24、作为波纹图案的替代方案，该图案可以是任何其他合适的类型，比如人字形、凹痕形式等，只要该图案引起冷却流体改变方向即可。

25、该图案可以不接触邻近于相应的冷却板定位的电解质板。根据该实施例，如上所述，该图案影响在冷却单元中流动的冷却流体流，但不影响在相应冷却板与它们的相邻电解质板之间延伸的相应电解质流动路径中的电解质流体流。相应地，电解质流体可以基本不受形成在相应冷却板上的图案阻碍地穿过电解质流动路径。

26、接触柱可以分布在冷却板上、位于冷却单元内。根据该实施例，接触柱分布在冷却板的区域上，因此电解槽盒的板在其整个区域上以基本上均匀的方式被支撑。