[实用新型]一种质子交换膜水电解槽

说明书

本申请提供一种质子交换膜水电解槽，属水电解设备技术领域。质子交换膜水电解槽包括依次层叠的阳极电极板、阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层以及阴极电极板。其中，满足以下条件(a)和(b)中的一个或两个：(a)阳极电极板靠近阳极扩散层的一侧以及阴极电极板靠近阴极扩散层的一侧均设有流场结构，流场结构设有多个并排分布且相互连通的流道；(b)阴极电极板的基底材质为不锈钢。该质子交换膜水电解槽结构简单，且能高效率电解水；阴极电极板采用不锈钢基底时还能极大地节约成本。

技术领域

本申请涉及水电解设备技术领域，具体而言，涉及一种质子交换膜水电解槽。

背景技术

氢能以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体。电解水制氢是目前获得纯氢最简单的方法,如果将其与可再生资源发电技术，如光伏发电、水力发电和风力发电相结合，电解水可作为大规模制氢技术，对环境的污染小、温室气体排放少、经济性较好，具有良好的应用前景。以PEM作为电解质的水电解器能在1～3A/cm²的高电流密度下工作，生成的氢气纯度可高达到99.999％，被认为是最有前景的水电解技术。质子交换膜作为电解质，具有良好的机械强度、良好的化学稳定性、高的质子传导性以及良好的气体分离性等优点，可以使PEM电解槽在较高的电流下工作而不降低电解效率。采用纯水电解则避免了电解液对槽体的腐蚀，是一种安全性很高的水电解技术。

但是，现有技术中，质子交换膜水电解槽的结构复杂，导致体积庞大、加工困难且制造成本高。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种质子交换膜水电解槽，其结构简单，且能高效率电解水；阴极电极板采用不锈钢基底时还能极大地节约成本。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种质子交换膜水电解槽，包括依次层叠的阳极电极板、阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层以及阴极电极板。

其中，满足以下条件(a)和(b)中的一个或两个：

(a)阳极电极板靠近阳极扩散层的一侧以及阴极电极板靠近阴极扩散层的一侧均设有流场结构，流场结构设有多个并排分布且相互连通的流道。

(b)阴极电极板的基底材质为不锈钢。

上述技术方案中，在阳极电极板和阴极电极板的内侧表面均设置流场结构，能降低欧姆极化和传质极化，有效降低运行槽压，从而能高效率电解水；其中，流场结构的流道并排分布，结构简单。阴极电极板采用不锈钢基底时，还能极大地节约阴极电极板的成本。质子交换膜水电解槽中，仅需设置依次层叠的阳极电极板、阳极扩散层、阳极催化层、质子交换膜、阴极催化层、阴极扩散层以及阴极电极板，进一步简化结构。

在一些可选的实施方案中，阴极电极板的基底表面具有至少一个涂层；涂层的材质为钛、金、银和铂中的一种金属，或者为钛、金、银和铂中的至少两种组成的合金。

在一些可选的实施方案中，每个流道包括在长度方向上的第一端和第二端；任意两个流道的第一端相互连通，且任意两个流道的第二端相互连通。

上述技术方案中，流道设置方便，多个流道间之间均能够有效地连通，便于气体和液体的流通传质，且有效降低流动压力损失。

在一些可选的实施方案中，多个流道依次连通。

上述技术方案中，流道设置方便，多个流道间的连通方式简单，便于气体和液体的流通传质，能避免流体在流道内短路或堵塞。

在一些可选的实施方案中，阳极电极板和阴极电极板均沿厚度方向贯穿开设有第一进出口和第二进出口，第一进出口和第二进出口均与流场结构连通。

第一进出口和第二进出口分布在质子交换膜水电解槽在宽度方向上的两侧，且二者分布在质子交换膜水电解槽在高度方向上的两端。