一种制氢电解槽的制作方法

本发明涉及电解槽，具体涉及一种制氢电解槽。

背景技术：

1、氢能作为一种清洁的能源，拥有巨大的发展前景。质子交换膜电解水制氢，具有零碳排放、反应快、电流密度高、体积小，变载适应性强等优点，可与光伏和风能相配套实现风光储氢一体化，发展前景广阔。作为质子交换膜电解水制氢的关键设备——电解槽，其由端板、集电板、极板、密封框板、膜电极及紧固件等部件组成。

2、现有技术中的电解槽为保证密封性，一般在膜电极的两侧分别设置有阴极密封框板和阳极密封框板，其中阴、阳极密封框板中间镂空，用来安装阴极、阳极气体扩散层。由于，现有质子交换膜电解槽采用两层密封框板夹持质子交换膜的结构，所以质子交换膜与密封框板之间需要进行密封处理。另外，质子交换膜有效区域只有密封框板中间镂空的那一部分，其他部分被密封框板夹持密封，所以这种结构的电解槽的质子交换膜电极效率低、成本高。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种制氢电解槽。该电解槽将阴极密封框板和阳极密封框板合二为一，得到一体化密封框板，简化了结构，减少了密封面，简化了装配工艺。此外，由于传统的电解槽结构是将质子交换膜相当大的一部分作为密封边框来使用，使得这部分的质子交换膜没有参与到化学反应中，再加上质子交换膜成本较高，从而导致传统的电解槽成本居高不下。本发明设计的一体化密封框板结构紧凑，质子交换膜浪费少，有效面积利用率高。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种制氢电解槽，该电解槽包括依次叠加的极板、阴极密封圈、阴极气体扩散层、密封框板、阳极内密封圈、质子交换膜、阳极气体扩散层、阳极外密封圈和极板；所述的密封框板为一体化结构，中间设有定位通孔和镂空区域，定位通孔和镂空区域之间呈台阶状；所述的密封框板上还设有阳极进出气口和阴极进出气口，所述的阳极进出气口面积大于阴极进出气口的面积。

4、进一步地，所述的密封框板为第一密封框板、第二密封框板和第三密封框板三种结构中的任意一种。

5、进一步地，所述的第一密封框板阳极侧由外向内设有第一阳极外密封槽、第一定位柱和阳极内密封槽；所述的阳极内密封槽位于镂空区域外侧；所述的第一阳极外密封槽和第一定位柱之间设有第一阳极进出气口a、第一阳极进出气口b；所述的第一阳极进出气口a位于第一密封框板一端，第一阳极进出气口b位于第一密封框板另一端，二者交错设置。第一定位柱可用于定位质子交换膜。

6、进一步地，所述的第一密封框板阴极侧设有第一阴极密封槽；所述的第一阴极密封槽和镂空区域之间设有第一阴极进出气口a和第一阴极进出气口b；所述的第一阴极进出气口a位于第一密封框板一端，第一阴极进出气口b位于第一密封框板另一端，二者交错设置。

7、更具体地，第一密封框板的第一阳极外密封槽内镶嵌阳极外密封圈，阳极内密封槽内镶嵌第一阳极内密封圈，第一阴极密封槽内镶嵌阴极密封圈。

8、进一步地，所述的第二密封框板阳极侧由外向内设有阳极外密封凸筋、第二定位柱和阳极内密封凸筋；所述的阳极内密封凸筋位于镂空区域外侧；所述的阳极外密封凸筋和第二定位柱之间设有第二阳极进出气口a、第二阳极进出气口b；所述的第二阳极进出气口a位于第二密封框板一端，第二阳极进出气口b位于第二密封框板另一端，二者交错设置。第二定位柱可用于定位质子交换膜。

9、进一步地，所述的第二密封框板阴极侧设有阴极密封凸筋；所述的阴极密封凸筋和镂空区域之间设有第二阴极进出气口a和第二阴极进出气口b；所述的第二阴极进出气口a位于第二密封框板一端，第二阴极进出气口b位于第二密封框板另一端，二者交错设置。

10、更具体地，第二密封框板的阳极外密封凸筋上放置阳极外密封圈，阳极内密封凸筋上放置第二阳极内密封圈，阴极密封槽上放置阴极密封圈。

11、进一步地，所述的第三密封框板阳极侧由外向内设有第三阳极外密封槽、第三定位柱和阳极内侧舌型槽；所述的阳极内侧舌型槽位于镂空区域外侧；所述的第三阳极外密封槽和第三定位柱之间设有第三阳极进出气口a、第三阳极进出气口b；所述的第三阳极进出气口a位于第三密封框板一端，第三阳极进出气口b位于第三密封框板另一端，二者交错设置。第三定位柱可用于定位质子交换膜。

12、进一步地，所述的第三密封框板阴极侧设有第三阴极密封槽；所述的阴极密封槽和镂空区域之间设有第三阴极进出气口a和第三阴极进出气口b；所述的第三阴极进出气口a位于第三密封框板一端，第三阴极进出气口b位于第三密封框板另一端，二者交错设置。

13、进一步地，所述的与第三密封框板相匹配的阳极内密封圈采用第三阳极内密封圈；所述的第三阳极内密封圈呈s型结构，一端包覆在密封框板的阴极窗口，另一端包覆在质子交换膜的四个边。

14、更具体地，第三密封框板设有阳极内侧舌型槽，第三阳极内密封圈将第三密封框板的阴极台阶面包边密封，再将质子交换膜四周的边进行包边密封，使整个阴极反应腔完成了一体化密封，可有效防止阴极反应腔的反应气体泄漏。

15、进一步地，所述的密封框板具有绝缘性，所述的阳极气体扩散层的面积大于阴极气体扩散层的面积。

16、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、(1)结构简单：本发明设计的电解槽中将阴极密封框板和阳极密封框板合二为一，得到一体化的密封框板，简化了电解槽结构，减少了密封面，优化了装配工艺。

18、(2)节省原材料：由于传统的电解槽结构的局限性，为保证电解槽的密封性能，需将质子交换膜的整体面积做得较大，整个质子交换膜包含了反应气体进出口区、密封区及有效催化反应区，有的甚至将紧固区也包含在内，而反应气体进出口区、密封区及紧固区的这部分并没有参与到化学反应中，属于无效区域，这就造成了原材料的浪费，从而导致传统的电解槽成本居高不下。本发明设计的一体化密封框板结构紧凑，只在质子交换膜有效催化区的外侧设有一圈窄边作为密封区，使得质子交换膜的有效面积利用率高，减少材料的浪费。

19、(3)可靠性：由于本发明中涉及密封框板的阳极侧设有内外两道密封，可有效保证了电解槽的密封性。

20、(4)操作简单方便：由于本发明中涉及一体化密封框板将阴、阳两极的反应区设计成大小不同的两种面积，因此在实际装配过程中不存在将阴、阳两级的气体扩散层装反的现象。

技术特征：

1.一种制氢电解槽，其特征在于，该电解槽包括依次叠加的极板(1)、阴极密封圈(2)、阴极气体扩散层(3)、密封框板(4)、阳极内密封圈(5)、质子交换膜(6)、阳极气体扩散层(7)、阳极外密封圈(8)和极板(1)；

2.根据权利要求1所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的密封框板(4)为第一密封框板(410)、第二密封框板(420)和第三密封框板(430)三种结构中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第一密封框板(410)阳极侧由外向内设有第一阳极外密封槽(414)、第一定位柱(413)和阳极内密封槽(415)；所述的阳极内密封槽(415)位于镂空区域外侧；

4.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第一密封框板(410)阴极侧设有第一阴极密封槽(418)；

5.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第二密封框板(420)阳极侧由外向内设有阳极外密封凸筋(424)、第二定位柱(423)和阳极内密封凸筋(425)；所述的阳极内密封凸筋(425)位于镂空区域外侧；

6.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第二密封框板(420)阴极侧设有阴极密封凸筋(428)；

7.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第三密封框板(430)阳极侧由外向内设有第三阳极外密封槽(434)、第三定位柱(433)和阳极内侧舌型槽(438)；所述的阳极内侧舌型槽(438)位于镂空区域外侧；

8.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的第三密封框板(430)阴极侧设有第三阴极密封槽(437)；

9.根据权利要求2所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的与第三密封框板(430)相匹配的阳极内密封圈(5)采用第三阳极内密封圈(530)；

10.根据权利要求1所述的一种制氢电解槽，其特征在于，所述的密封框板(4)具有绝缘性；所述的阳极气体扩散层(7)的面积大于阴极气体扩散层(3)的面积。

技术总结本发明涉及一种制氢电解槽，该电解槽包括依次叠加的极板(1)、阴极密封圈(2)、阴极气体扩散层(3)、密封框板(4)、阳极内密封圈(5)、质子交换膜(6)、阳极气体扩散层(7)、阳极外密封圈(8)和极板(1)；所述的密封框板(4)为一体化结构，中间设有定位通孔和镂空区域，定位通孔和镂空区域之间呈台阶状。与现有技术相比，本发明设计的电解槽将阴极密封框板和阳极密封框板合二为一，得到一体化密封框板，简化了结构，减少了密封面，简化了装配工艺。此外，本发明设计的一体化密封框板结构紧凑，质子交换膜浪费少，有效面积利用率高。技术研发人员：周利荣,张震受保护的技术使用者：苏州能濡新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18