一种碱水电解制氢电解槽及气液传输层的制作方法

本发明涉及碱水电解制氢，尤其涉及一种碱水电解制氢电解槽及气液传输层。

背景技术：

1、在全球能源结构的转型浪潮中，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，正在逐渐占据能源领域的重要地位。随着环保意识的日益提升，氢能作为未来能源的重要组成部分，其发展前景广阔。碱水电解制氢技术作为目前主流的制氢技术之一，其效率和稳定性直接关系到氢能的生产成本和市场竞争力。然而，目前碱水电解制氢技术面临诸多挑战，其中之一便是传统的电解槽中的气液传输层存在诸多问题。

2、传统的碱水电解制氢电解槽中的气液传输层，往往存在气液传输效率低、易堵塞、易损坏等问题。这些问题直接导致了电解效率不高，制氢成本上升，难以满足大规模商业化应用的需求。具体而言，传统的气液传输层材料多为多孔材料，如泡沫金属、多孔陶瓷等。这些材料虽然具有一定的气液传输能力，但由于其结构单一，表面积有限，导致气液传输效率不高。此外，这些材料在碱性环境中易受到腐蚀，使用寿命较短，需要频繁更换，进一步增加了制氢成本。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种高效、耐用、结构优化的气液传输层用于提高碱水电解制氢技术的效率和稳定性，降低制氢成本。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种气液传输层，用于碱水电解制氢槽，所述气液传输层为三维立体的多孔金属网结构，具体为经过立体化处理的平面网状结构。

3、优选地，所述多孔金属网结构包括一级结构和二级结构；所述一级结构为金属丝制作的具有多边形的平面网状结构；所述二级结构为在具有一级结构的平面网的基础上进行立体化处理。所述多孔气液传输层必须同时具备一级结构和二级结构，一级结构为x、y轴方向上的结构特征，作为碱水电解槽气液传输层，保证电极表面气液分布均匀性和快速分离液沫分离的功能；二级结构为z轴方向上的结构特征，在碱水电解槽中其支撑电极的作用

4、优选地，所述一级结构使用的单根金属丝的丝径范围为：0.01～0.5mm，金属网的孔径尺寸范围为1.0～15mm，编织网骨架单元包含金属丝数目为1～5根。

5、优选地，所述一级结构使用的单根金属丝的丝径范围为0.1～0.25mm，金属网的孔径尺寸范围为2～8mm。

6、优选地，所述二级结构呈波纹状起伏状，波峰与波谷的高度差范围为3.0～30mm，相邻两个波谷的距离与波峰波谷高度差的比值范围为0.5～10。

7、优选地，所述二级结构特呈波纹状起伏状，波峰与波谷的高度差范围为5～15mm；相邻两个波谷的距离与波峰波谷高度差的比值范围为1～3。

8、优选地，所述气液传输层的含有镍元素，不排除含有fe、mn、ti、fe、c、cr，ta，w，mo，nb等元素的合金。

9、本发明第二方面提供了一种碱水电解制氢电解槽，包含前述的气液传输层，所述气液传输层应用于碱水电解制氢电解槽的阴极和/或阳极；所述气液传输层放置的数目为1～10层。

10、优选地，所述气液传输层放置的数目为1～3层。

11、本发明第三方面提供了一种碱水电解制氢电解槽，包含前述的气液传输层，所述碱水电解制氢电解槽还包括双极板、电极和隔膜；所述气液传输层与所述双极板和/或电极和/或隔膜接触。

12、本发明的技术效果：

13、(1)针对传统碱水电解槽中乳突点与电极接触点数少的问题，三维多孔气液传输层有助于提高电极与双极板的接触面积，降低电解槽的接触电阻和欧姆极化现象，从而提升运行电流密度。

14、(2)针对传统碱水电解槽中乳突点数较少、间距较远引起的气液分布不均的问题，三维多孔气液传输层具有丰富的空隙结构，有助于实现气液分布和电流分布的均匀性提升。

15、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.一种气液传输层，用于碱水电解制氢槽，其特征在于，所述气液传输层为三维立体的多孔金属网结构。

2.根据权利要求1所述的气液传输层，其特征在于，所述多孔金属网结构包括一级结构和二级结构；所述一级结构为金属丝制作的具有多边形的平面网状结构；所述二级结构为在具有一级结构的平面网的基础上进行立体化处理。

3.根据权利要求2所述的气液传输层，其特征在于，所述一级结构使用的单根金属丝的丝径范围为：0.01～0.5mm，金属网的孔径尺寸范围为1.0～15mm，编织网骨架单元包含金属丝数目为1～5根。

4.根据权利要求3所述的气液传输层，其特征在于，所述一级结构使用的单根金属丝的丝径范围为0.1～0.25mm，金属网的孔径尺寸范围为2～8mm。

5.根据权利要求2所述的气液传输层，其特征在于，所述二级结构呈波纹状起伏状，波峰与波谷的高度差范围为3.0～30mm，相邻两个波谷的距离与波峰波谷高度差的比值范围为0.5～10。

6.根据权利要求5所述的气液传输层，其特征在于，所述二级结构特呈波纹状起伏状，波峰与波谷的高度差范围为5～15mm；相邻两个波谷的距离与波峰波谷高度差的比值范围为1～3。

7.根据权利要求1～6任一所述的气液传输层，其特征在于，所述气液传输层的含有镍元素。

8.一种碱水电解制氢电解槽，包含权利要求1～7任一所述的气液传输层，其特征在于，所述气液传输层应用于碱水电解制氢电解槽的阴极和/或阳极；所述气液传输层放置的数目为1～10层。

9.根据权利要求8所述的碱水电解制氢电解槽，其特征在于，所述气液传输层放置的数目为1～3层。

10.一种碱水电解制氢电解槽，包含权利要求1～7任一所述的气液传输层，其特征在于，所述碱水电解制氢电解槽还包括双极板、电极和隔膜；所述气液传输层与所述双极板和/或电极和/或隔膜接触。

技术总结本发明公开了一种碱水电解制氢电解槽及气液传输层，涉及碱水电解制氢技术领域，所述气液传输层为三维立体的多孔金属网结构，包括一级结构和二级结构；所述一级结构为金属丝制作的具有多边形的平面网状结构；所述二级结构为在具有一级结构的平面网的基础上进行立体化处理。所述气液传输层应用于碱水电解制氢电解槽的阴极和/或阳极。针对传统碱水电解槽中乳突点与电极接触点数少的问题，三维多孔气液传输层有助于提高电极与双极板的接触面积，降低电解槽的接触电阻和欧姆极化现象，从而提升运行电流密度。技术研发人员：吴亮,姜广,孙婉露受保护的技术使用者：上海氢器时代科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13