[发明专利]大型水电解制氢电解槽凹凸极板渐进成形方法

说明书

本发明公开了一种大型水电解制氢电解槽凹凸极板渐进成形方法，采用一套模具工装即可适应具有不同幅面尺寸的极板的成形。当所需制备的不同幅面尺寸的极板上的凸起具有相同尺寸及分布间距时，只需在成形时调整参与成形的离散冲头单元的数量，即可实现不同幅面尺寸的极板的成形。若冲压模具上模的离散冲头单元个数为N，则利用该套模具可实现单条平行直线上凸起数量不大于N的所有幅面尺寸的极板的成形。采用本发明的成形方法，初期的模具投入很小，这就降低了批产时的模具工装所占成本。同时，成形所需设备的台面宽度也大幅减小，所需要的合模压力也大幅减小。本发明的成形方法具有高效率、强适应性、低成本等特点。

技术领域

本发明涉及电解槽凹凸极板的成形方法，具体涉及大型水电解制氢电解槽凹凸极板的成形方法。

背景技术

为实现2030年碳达峰、2060年碳中和的“双碳”目标，我国正在构建清洁低碳安全高效的能源体系，其主要途径是控制化石能源总量、实施可再生能源替代行动，形成以新能源为主体的新型能源系统。具体而言，一是用可再生能源替代化石能源，二是增加氢能在可再生能源中的比重。氢具有能量密度高、来源广、可再生、无毒、清洁等突出优点，被国际氢能委员会认为是“将全球变暖控制在2℃的能源体系转换的中心支柱”。

根据氢气的来源不同，将其分为三类，即：化石原料制氢产生的“灰氢”、工业副产制氢产生的“蓝氢”、电解水制氢产生的“绿氢”。面向“双碳”目标，制氢路线正在由“蓝氢”、“灰氢”向“绿氢”转变，也就是以可再生能源进行电解水制得氢气。但是，目前“绿氢”的产能严重不足，必须从技术、设备等角度加大研发，快速扩大电解水制氢的产能。

电解槽是水电解制氢设备的关键，电解槽的规格尺寸直接决定了单台水电解制氢设备的制氢量，而电解槽中的极板结构、尺寸、材料以及电解槽内部产气压力等直接影响电解槽的使用寿命、电解效率。可以说，电解槽中极板的设计和制造是决定水电解制氢设备水平的关键因素。目前，水电解制氢设备的电解槽已形成固定的规格尺寸，通过改变电解槽中极板的直径及极板的数量，可获得不同的产氢量。由专利（ZL201020668648.3）中记载，电解槽极板直径d从580mm至1800mm有7个规格，单台设备的产氢量最大可达1000立方米/小时。

电解槽极板之所以只有有限的规格尺寸，是由极板的制造方法决定的。极板一般采用厚度约2mm的钢板，在极板的正反面要成形出按特定规律分布的乳突或凸起，凸起高度一般为3~5mm。凸起起到支撑阴阳电极、导电以及提供液体流通通道的作用。因此，凸起的成形精度及整块极板的成形精度对电解槽的性能有很大影响。由发明专利（申请号：202210267373.X）所列出的典型电解槽及其极板制造方法可知，现有的凹凸极板，都是采用与极板尺寸规格相匹配的整体上下模具来成形。在整体上下模具的表面，加工有按特定规律分布的凸起和凹坑。当整体上下模具闭合时，将在极板的正反两面一次成形出需要的凸起。这种整体成形方法具有效率高、一致性好的优点，但在成形大直径的极板时却存在如下诸多缺点：（1）需要大台面、大吨位的设备，以直径d=1800mm的极板为例，所用设备的合模力达2000吨、台面长宽达2500mm，设备一次性投入成本很高；（2）当极板规格尺寸有局部微小改动时，必须重新加工全新模具，而大尺寸整体模具的制造费用很高，这极大限制了新产品的开发；（3）极板单面上凸起和凹坑的数量很多，以直径d=1800mm的极板为例，上模和下模表面需要加工近3000个凸起和凹坑，模具加工费用极高；（4）极板两侧凸起高度一般要求偏差小于0.1mm，而凸起的成形精度完全由上下模具及工装的精度决定，因此对模具工装的加工精度要求极高；（5）当上下模具有局部损坏时，因模具型面上凸起和凹坑排布紧密、难以修复，将导致模具整体报废；（6）需要在极板的外圈进行压边以防止极板成形时产生整体翘曲，因此必须采用双动压力机或复杂的工装。

上述原因，导致采用整体模具成形凹凸极板所需的模具、工装费用极高，除非是有大批量生产需求，否则是不会设计加工新的成形模具。这也是目前市场上只能采购有限规格的电解槽极板的原因，特别是直径d=1800mm的极板产品数量少且价格极高。电解槽极板制造技术的现状，无法适应“双碳”背景下对水电解制氢设备特别是电解槽容量和数量的迫切需求，亟需开发全新的用于大型水电解制氢设备电解槽凹凸极板的高效率、强适应性、低成本制造技术。