一种电解水制氢用双极板及其电解抛光方法

本发明属于电解制氢用设备，具体涉及一种电解水制氢用双极板及其电解抛光方法。

背景技术：

1、质子交换膜(pem)水电解制氢是成熟的制氢技术之一，制备出的氢气纯度高(99.99％以上)、便于输送，可直接用于燃料、载气、还原或保护气、冷却介质，双极板则是作为目前电解水的核心部件，双极板发挥着支撑膜电极组件、分配反应气体、传输电流、传导热量等多种功能。

2、现有电解水用双极板主要存在以下不足之处：

3、(1)现有双极板阴阳极采用蛇形结构的传统沟槽型流道设计，通过阴极板与阳极板蛇形流道的交错，形成水侧流道通道，达到一板两用的效果，该种设计缺点在于阴阳极流道共用膜电极面积较小，反应水的有效电解面积有限；还存在局部限流的现象，即是电解液流经电解的区域不均匀；

4、(2)金属双极板的主流制造工艺为金属冲压成形工艺，双极板冲压模具表面粗糙，在冲压成型双极板之后仍需要进行复杂的打磨抛光工作以保证双极板流道沟槽光滑便于后续的使用，现有技术中常采用机械打磨，耗费时间较长且会因为对成型的双极板进行不同的打磨工作而导致双极板受损。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种电解水制氢用双极板及其电解抛光方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种电解水制氢用双极板，所述双极板内部设有扩散层以及质子交换膜，所述双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板板面结构相同，所述阳极板呈圆形，阳极板正面设有供反应水依次流过的进水口、第一流道、第二流道以及出水口；

4、所述第一流道由若干条等间距排列的凸脊构成，所述凸脊呈圆弧形，若干所述凸脊的圆弧形圆心位于同一点。

5、所述第二流道呈圆形，第二流道由直线排列的若干第二凸出部以及对称设于第二凸出部两侧的若干第一凸出部构成；所述第二凸出部的侧面设置为垂直面，所述第一凸出部朝向所述第一流道的方向设置为曲坡面。

6、作为本发明的进一步优化方案，所述第一流道靠近所述进水口处设有分流凸起。

7、作为本发明的进一步优化方案，所述凸脊的侧面设置为斜坡面。

8、作为本发明的进一步优化方案，所述阳极板和所述阴极板通过连接件和固定件可拆卸连接。

9、作为本发明的进一步优化方案，所述连接件具体为与所述双极板大小适配且能起固定作用的绝缘换热管件，所述绝缘换热管件内部填充有纯水；所述绝缘换热管件包括两个平行设置的圆管和起连通作用的四根直管。

10、作为本发明的进一步优化方案，所述阳极板和所述阴极板上开设有配合所述连接件安装的凹槽。

11、作为本发明的进一步优化方案，所述双极板中阳极板和阴极板均采用不锈钢材料制作。

12、一种用于对上述任意一项所述的一种电解水制氢用双极板进行电解抛光的方法，包括以下步骤：

13、s1：对双极板上的第一流道和第二流道采用500目砂纸进行初次打磨，打磨后在去离子水中进行超声初次清洗；

14、s2：将初次清洗后的双极板置于体积分数为35-40％的硝酸溶液中进行初次电解抛光；其中，电解抛光温度为65-70℃，电解抛光时间为8-10min，电解抛光电位为6v；

15、s3：对初次电解后双极板上的第一流道和第二流道采用1000目砂纸进行二次打磨，打磨后在去离子水中进行超声二次清洗；

16、s4：将二次清洗后的双极板置于体积分数为25-30％的硝酸溶液中进行二次电解抛光，二次电解抛光后进行清洗并烘干，得到电解抛光完成的双极板；其中，电解抛光温度为70-75℃，电解抛光时间为10-15min，电解抛光电位为7v。

17、本发明的有益效果在于：

18、1)本发明中，通过采用若干弧形设置的凸脊构成的第一流道衔接圆形设置的第二流道作为双极板的反应水流道，第二流道内直线排列的若干第二凸出部以及对称设于第二凸出部两侧的第一凸出部构成，使得反应水在第一流道上流动方向时刻发生变动，显然更加有利于反应水和第一流道的流道壁快速均匀接触，提高电解效率；第二流道能对混合气体的反应水进行阻拦、分流，达到对反应水中气体产生的气泡进行破碎，以便于气体与反应水的分离；

19、2)本发明中，第一流道中凸脊上斜坡面的设置配合第二流道中第一凸出部上曲坡面的设置能提高反应水和扩散层的接触面积，有利于含气泡的反应水向扩散层集流，促进气液传递；

20、3)本发明中，连接件不仅能固定双极板，还能作为阳极板和阴极板之间的换热结构，更有利于双极板控温；

21、4)本发明中，对双极板进行两次打磨预处理和两次电解抛光的流程，依次采用低电位、高浓度电解抛光液进行快速电解和高电位、低浓度电解抛光液进行慢速电解，有效避免第一流道和第二流道在电解抛光过程中受损，使第一流道和第二流道表面的光滑阻力更小，达到了对双极板分阶、科学电解抛光的目的。

技术特征：

1.一种电解水制氢用双极板，所述双极板(1)内部设有扩散层(3)以及质子交换膜(4)，所述双极板(1)包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板板面结构相同，其特征在于，所述阳极板呈圆形，阳极板正面设有供反应水依次流过的进水口(14)、第一流道(11)、第二流道(12)以及出水口(15)；

2.根据权利要求1所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述第一流道(11)靠近所述进水口(14)处设有分流凸起(13)。

3.根据权利要求1所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述凸脊(111)的侧面设置为斜坡面(1111)。

4.根据权利要求1所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板通过连接件(2)和固定件(22)可拆卸连接。

5.根据权利要求4所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述连接件(2)具体为与所述双极板(1)大小适配且能起固定作用的绝缘换热管件，所述绝缘换热管件内部填充有纯水；所述绝缘换热管件包括两个平行设置的圆管和起连通作用的四根直管。

6.根据权利要求4所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述阳极板和所述阴极板上开设有配合所述连接件(2)安装的凹槽(16)。

7.根据权利要求1所述的一种电解水制氢用双极板，其特征在于：所述双极板(1)中阳极板和阴极板均采用不锈钢材料制作。

8.一种用于对上述权利要求1-7中任意一项所述的一种电解水制氢用双极板进行电解抛光的方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于电解制氢用设备技术领域内的一种电解水制氢用双极板及其电解抛光方法，双极板包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板板面结构相同，阳极板呈圆形，阳极板正面设有供反应水依次流过的进水口、第一流道、第二流道以及出水口；本发明中凸脊上斜坡面的设置配合第一凸出部上曲坡面的设置能提高反应水和扩散层的接触面积，有利于含气泡的反应水向扩散层集流，促进气液传递；对双极板进行两次电解抛光的流程，依次采用低电位、高浓度电解抛光液进行快速电解和高电位、低浓度电解抛光液进行慢速电解，有效避免第一流道和第二流道在电解抛光过程中受损，使第一流道和第二流道表面的光滑阻力更小。技术研发人员：解文杰受保护的技术使用者：安徽建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18