[发明专利]一种具有弹性流场结构的高压电解槽

说明书

本发明提供一种具有弹性流场结构的高压电解槽，包括依次向上堆叠的下端板、下绝缘板、下极板、复合流场单元、上极板、上绝缘板和上端板；螺栓将上、下端板固定连接；复合流场单元包括膜框和复合流场结构，复合流场结构设于膜框的容纳腔内，包括向上依次堆叠的下流场结构、膜电极和上流场结构，下、上流场结构在垂直于膜电极表面的方向上均具有弹性，且分别设有下、上储水排气腔；膜框、上极板、上绝缘板和上端板的边缘均设有多个连通的氧水、氢水进出口，且分别与上储水排气腔、下储水排气腔连通。本发明改善了水气交换条件，实现高压电解槽无泵化运行，弹性的复合流场结构保持电接触的稳定性，极大提高了电解槽在高气压下的工作效率。

技术领域

本发明属于电解水技术领域，特别是涉及一种具有弹性流场结构的高压电解槽。

背景技术

传统PEM制氢电解槽是由两块端板通过螺栓将钛极板、钛毡、钛网和涂布有催化剂的质子膜电极、氢氧密封框等部件多层堆叠串联后紧密的压在一起而成的，运行时还需要配有不间断运行的水泵，以便能更充分的补水，在电解槽析氧侧设置一个或数个进水口及出水口，通过水泵来完成水的持续供给，同样在电解槽析氢侧也设置有一个或数个进出口来排出氢气；紧贴在膜电极两侧的多孔钛毡或泡沫钛，与钛网组成一个可以透气走水的流场，进而与外部水路气路相连；保持良好的透气走水条件是保证电解槽性能的重要条件之一，不良的流场条件会导致膜电极出现缺水、过热等致命缺陷，从而使得电解槽过早失效，同时由多孔钛毡和钛网构成的流场还需要具有良好的导电性能，以便降低工作时的欧姆损失，提高电解槽性能。

但是，由多孔钛毡或泡沫钛与钛网组成的流场结构缺乏弹性，当膜电极的一侧，比如，析氢侧存在很高压力时，析氧侧的流场被压缩，析氢侧则出现扩张，但缺乏弹性的析氢侧的流场无法补偿这种扩张，因此，析氢侧的流场压紧力大大减小，从而使得析氢侧的流场和钛极板、及膜电极间的接触点明显减少、电阻增大，严重恶化电解槽的性能，通常使得电解槽的效率降低20％以上。另一个致命的问题是，当电极面积很大时，由于钛网形成的网孔间隙有限，即使现有技术中在极板上刻有一定深度的流道槽，但当电解槽以大电流密度(1A·cm^–2)运行时，生成的气流会挤走网孔及流道槽间的补水，从而造成膜电极局部缺水、过热，严重影响电解槽寿命。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有弹性流场结构的高压电解槽，用于解决现有技术中的PEM制氢电解槽的流场结构因缺乏弹性，高压下导致电解槽的效率大幅下降的问题，以及电解槽在大电流密度下运行时，造成膜电极局部缺水、过热、影响电解槽寿命的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有弹性流场结构的高压电解槽，所述高压电解槽包括依次向上堆叠的下端板、下绝缘板、下极板、复合流场单元、上极板、上绝缘板和上端板；

所述下端板的边缘开设有多个第一螺栓孔，且所述下端板的上表面呈平板状；

所述下绝缘板堆叠于所述下端板的上方；

所述下极板堆叠于所述下绝缘板的上方；

所述复合流场单元堆叠于所述下极板的上方，所述复合流场单元包括膜框和复合流场结构，所述膜框具有容纳腔，所述复合流场结构设置于所述容纳腔内，所述复合流场结构包括向上依次堆叠的下流场结构、膜电极和上流场结构，所述下流场结构和所述上流场结构在垂直于所述膜电极表面的方向上均具有弹性，所述下流场结构背离所述膜电极的一面设有下储水排气腔，所述上流场结构背离所述膜电极的一面设有上储水排气腔；

所述上极板位于所述复合流场单元的上方；

所述上绝缘板位于所述上极板的上方；

所述上端板位于所述上绝缘板的上方，且边缘设有多个与所述第一螺栓孔对应的第二螺栓孔，所述螺栓通过所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔将所述上端板与所述下端板固定连接；