一种氢能制备电解槽密封结构的制作方法

本发明属于氢能制备，更具体地说，是涉及一种氢能制备电解槽密封结构。

背景技术：

1、氢能是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。质子交换膜（proton exchangemembrane，pem）电解水制氢技术因其制氢效率高、体积小、动态响应好等优势，已经被氢能市场所接受和认可。pem电解槽工作时，水中被电离的h+在电场作用下通过质子交换膜在阴极侧结合产生氢气，积聚的氢气会导致内部气压升高，若电解槽密封结构不合理或者存在缺陷，很可能会导致氢气泄露。因此该风险对电解槽密封结构的设计提出了严格要求。

2、现有技术的缺点是，对于工业化生产应用的pem电解槽，单个电解槽内部的氢气压力均达到3mpa及以上，为了解决氢气泄露这一安全隐患，各个密封件和电解槽生厂商都对不同的槽内结构和环境工况定制了特殊的密封结构和密封件。然而，现有的pem电解槽密封技术均采用多道密封框架和密封材料实现膜电极和两侧组件的装配，首先该方式不仅会导致装配零件数量过多，加工成本上升，造成装配效率低下，还会存在氢气泄露隐患，其次如果密封圈与钛毡之间存在缝隙，在高气压条件下，可能会造成膜电极位移甚至破裂。

3、中国专利申请cn 115287687 a公开了一种电解槽密封结构，通过上下两个第一密封框架和第二密封框架的贴合加密封材料实现阳极组件、膜电极和阴极组件装配，提高电解槽的密封效果，避免电解槽出现漏气情况。然而，通过密封框架的中空结构对内部待密封部件进行挤压，这不仅会对钛毡等脆性部件造成不可逆压缩，同时也对零部件的加工及装堆平整度有着很高的精度要求，否则在高装配压力下亦会造成电解槽部件的形变甚至损坏。中国专利申请cn 115287687 a公开了一种电解槽密封结构，通过在阳极板、框架、质子交换膜及阴极板的贴合处之间设置至少一层密封部件，进而提高电解组件的整体密封性。然而，该密封结构不仅增加了电解槽装配过程中的步骤，并且在实际装配过程中，一旦密封结构无法精准对应，那么在高气压条件下，会导致电解槽漏气甚至损坏。现有技术没有涉及本申请的技术问题和技术方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种结构简单，可靠实现密封圈与钛毡片连接，避免密封圈与钛毡之间存在缝隙而导致膜电极在高气压条件下产生位移甚至破裂等问题，提高制氢工作可靠性和结构使用寿命的氢能制备电解槽密封结构。

2、要解决以上所述的技术问题，本发明采取的技术方案为：

3、本发明为一种氢能制备电解槽密封结构，包括密封圈、钛毡片，密封圈通过硫化方式与钛毡片边沿一体连接；钛毡片布置在双极板上，双极板上设置双极板流道，钛毡片边沿设置为能够支撑在双极板流道外侧的双极板表面部位的结构；钛毡片和密封圈厚度相同。

4、所述的密封圈、钛毡片和膜电极设置为能够在膜电极热压时与膜电极压制成一体结构的结构。

5、所述的密封圈包括上密封圈和下密封圈，钛毡片包括上钛毡片和下钛毡片，双极板包括上双极板和下双极板，上双极板上设置上双极板流道，下双极板上设置下双极板流道，所述的氢能制备电解槽密封结构还包括膜电极。

6、所述的上密封圈通过硫化方式与上钛毡片边沿一体连接；下密封圈通过硫化方式与下钛毡片边沿一体连接。

7、所述的上密封圈和上钛毡片下表面贴合膜电极上表面，上密封圈和上钛毡片上表面贴合上双极板下表面。

8、所述的下密封圈和下钛毡片下表面贴合下双极板上表面，下密封圈和上钛毡片上表面贴合膜电极下表面。

9、所述的上钛毡片位于上双极板的上双极板流道下表面位置，上钛毡片边沿和上密封圈均设置为能够支撑在上双极板流道外侧的上双极板表面部位的结构。

10、所述的下钛毡片位于下双极板的下双极板流道上表面位置，下钛毡片边沿和下密封圈均设置为能够支撑在下双极板流道外侧的下双极板表面部位的结构。

11、所述的膜电极包括质子交换膜和催化剂。

12、所述的密封圈为氟橡胶制成的结构。

13、采用本发明的技术方案，工作原理及有益效果如下所述：

14、本发明所述的氢能制备电解槽密封结构，一方面，将密封圈通过硫化方式与钛毡片边沿一体连接，使得密封圈直接硫化在钛毡片四周，两者为一体结构，消除缝隙，从而有效避免密封圈与钛毡片之间因为存在缝隙导致膜电极在高气压条件下产生位移甚至破裂等问题。以氟橡胶为原材料的密封圈在加工中直接硫化在钛毡的四周，将两个原本需要高精度紧密拼接的部件加工为一个整体，降低电解槽氢气泄露风险的同时，提高了电解槽的装堆效率，提升了pem电解槽的使用寿命和性能。另一方面，将钛毡片边沿设置为能够支撑在双极板流道外侧的双极板表面部位的结构，使得钛毡片边沿搭置于双极板流道的双极板表面部位，凭借金属钛毡片的机械强度和桥梁式的受力结构，能够有效为膜电极提供平整的机械支撑，保护膜电极。

技术特征：

1.一种氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：包括密封圈(102)、钛毡片(103)，密封圈(102)通过硫化方式与钛毡片(103)边沿一体连接；钛毡片(103)布置在双极板(101)上，双极板(101)上设置双极板流道(105)，钛毡片(103)边沿设置为能够支撑在双极板流道(105)外侧的双极板表面(106)的结构；钛毡片(103)和密封圈(102)厚度相同；密封圈(102)、钛毡片(103)和膜电极(104)设置为能够在膜电极热压时与膜电极(104)压制成一体的结构。

2.根据权利要求1所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的密封圈(102)包括上密封圈(102a)和下密封圈(102b)，钛毡片(103)包括上钛毡片(103a)和下钛毡片(103b)，双极板(101)包括上双极板(101a)和下双极板(101b)，上双极板(101a)上设置上双极板流道(105a)，下双极板(101b)上设置下双极板流道(105b)，所述的氢能制备电解槽密封结构还包括膜电极(104)。

3.根据权利要求2所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的上密封圈(102a)通过硫化方式与上钛毡片(103a)边沿一体连接；下密封圈(102b)通过硫化方式与下钛毡片(103b)边沿一体连接。

4.根据权利要求3所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的上密封圈(102a)和上钛毡片(103a)下表面贴合膜电极(104)上表面，上密封圈(102a)和上钛毡片(103a)上表面贴合上双极板(101a)下表面。

5.根据权利要求4所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的下密封圈(102b)和下钛毡片(103b)下表面贴合下双极板(101b)上表面，下密封圈(102b)和上钛毡片(103a)上表面贴合膜电极(104)下表面。

6.根据权利要求5所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的上钛毡片(103a)位于上双极板(101a)的上双极板流道(105a)下表面位置，上钛毡片(103a)边沿和上密封圈(102a)均设置为能够支撑在上双极板流道(105a)外侧的上双极板表面(106a)部位的结构。

7.根据权利要求6所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的下钛毡片(103b)位于下双极板(101b)的下双极板流道(105b)上表面位置，下钛毡片(103b)边沿和下密封圈(102b)均设置为能够支撑在下双极板流道(105b)外侧的下双极板表面(106b)部位的结构。

8.根据权利要求1或2所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的膜电极(104)包括质子交换膜和催化剂。

9.根据权利要求1或2所述的氢能制备电解槽密封结构，其特征在于：所述的密封圈(102)为氟橡胶制成的结构。

技术总结本发明属于氢能制备技术领域的氢能制备电解槽密封结构。密封圈(102)通过硫化方式与钛毡片(103)边沿一体连接；钛毡片(103)布置在双极板(101)上，双极板(101)上设置双极板流道(105)，钛毡片(103)边沿设置为能够支撑在双极板流道(105)外侧的双极板表面(106)部位的结构；钛毡片(103)和密封圈(102)厚度相同。本发明所述的氢能制备电解槽密封结构，可靠实现密封圈与钛毡片连接，避免密封圈与钛毡之间存在缝隙而导致膜电极在高气压条件下产生位移甚至破裂等问题，提高制氢工作可靠性和结构使用寿命。技术研发人员：纪东骅,崔国亮,骆泽威,袁金燕,范礼,李后良,丁万龙,姜倩受保护的技术使用者：杰锋汽车动力系统股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23