AEM电解水制氢电解槽的制作方法

aem电解水制氢电解槽
技术领域
1.本发明涉及电解槽技术领域，更具体地说，它涉及aem电解水制氢电解槽。


背景技术：

2.氢能是指氢在物理与化学过程中释放的能量，可用于交通运输、工业原料与能源、建筑用电和储能。水电解制氢主要原理为水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出，根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解(alk)、质子交换膜(pem)水电解、阴离子交换膜(aem)水电解以及高温固体氧化物水电解(soec)。
3.目前，现有的aem水电解制氢电解槽中的aem膜传导性较差，导致制氢量不佳，影响着电解槽的性能。
4.因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供aem电解水制氢电解槽，以解决上述背景技术提出的技术问题。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：aem电解水制氢电解槽，包括电解槽本体，所述电解槽本体包括若干阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板以及设置在若干阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板两侧的端板，若干所述阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板依次排序且最靠近所述端板的金属双极板上分别设置有阳极接线端与阴极接线端，所述端板上设置有氢气出口、氧气出口以及电解液进口，所述金属双极板、端板、气体扩散层一以及阴离子膜电极组件上均设置有氧气通道孔、氢气通道孔以及电解液通道孔，两所述端板之间通过螺栓与绝缘套管相互连接且所述阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板上均设有供其连接的安装孔。
7.通过采用上述技术方案，将绝缘套管穿过阴离子膜电极组件、气体扩散层一以及金属双极板上的安装孔，并利用螺栓将端板与绝缘套管相互固定，之后沿电解液进口将电解液输入，接着将电解槽本体与外接设备相连并通电，由于电解槽本体中设置有若干气体扩散层一、金属双极板以及阴离子膜电极组件且三者依次交叉排序，因此气体扩散层一、金属双极板、阴离子膜电极组件之间会形成多个反应室并进行相应的反应，反应产生的氧气与氢气会沿着氧气通道孔、氢气通道孔流动并从氢气出口、氧气出口排出，整个制氢过程能够提高氢气的产量，并且气体扩散层一、金属双极板、阴离子膜电极组件可以根据需求增加或减少，更为人性化。
8.本发明进一步设置为：所述阴离子膜电极组件包括边框、气体扩散层二、阴离子树脂膜、催化层，所述阴离子树脂膜、气体扩散层二与催化层均固定在边框内且气体扩散层二与催化层位于阴离子树脂膜的两侧，所述催化层位于气体扩散层二与阴离子树脂膜之间。
9.通过采用上述技术方案，利用气体扩散层二、阴离子树脂膜以及催化层的设置，加快电解液中oh离子的传递。
10.本发明进一步设置为：所述气体扩散层二包括支撑层与涂覆在支撑层上的微孔层，所述支撑层为无纺布层，所述微孔层采用导电炭黑与憎水剂制成。
11.通过采用上述技术方案，无纺布层的孔隙率高，导电炭黑具有低电阻的性能，以此来提高气体扩散层二电子传导能力，同时憎水剂能够赋予气体扩散层二疏水的特性。
12.本发明进一步设置为：所述金属双极板的两侧面采用异形加工制成。
13.通过采用上述技术方案，增大金属双极板两侧面的反应面积，从而加快反应效率。
14.本发明进一步设置为：所述气体扩散层一远离阴离子膜电极组件的一侧涂覆有催化剂层。
15.通过采用上述技术方案，加快气体扩散层一与外界的反应效率，从而提高整体的制氢效率。
16.本发明进一步设置为：所述金属双极板、气体扩散层一的表面均涂覆有导电防腐涂层。
17.通过采用上述技术方案，确保金属双极板、气体扩散层一正常使用的同时提高了两者的使用寿命。
18.本发明进一步设置为：所述阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板、端板之间均设有密封圈。
19.通过采用上述技术方案，提高阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板、端板连接后的密封效果，从而避免出现泄漏，提高使用时的安全性。
20.综上所述，本发明具有以下有益效果：
21.本发明利用气体扩散层一、金属双极板、阴离子膜电极组件之间形成的多个反应室，加快整体的反应效率，从而提高整氢气的产量，同时气体扩散层二采用无纺布层、导电炭黑与憎水剂制成，能够提高气体扩散层二的传导性并降低电阻。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图一；
23.图2为本发明的结构示意图二。
24.图中：1、阴离子膜电极组件；2、气体扩散层一；3、金属双极板；4、端板；5、边框；6、气体扩散层二；7、阴离子树脂膜；8、催化层。
具体实施方式
25.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆
卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.aem电解水制氢电解槽，如图1-图2所示，包括电解槽本体，电解槽本体包括若干阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3以及设置在若干阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3两侧的端板4，若干阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3依次排序且最靠近端板4的金属双极板3上分别设置有阳极接线端与阴极接线端，端板4上设置有氢气出口、氧气出口以及电解液进口，金属双极板3、端板4、气体扩散层一2以及阴离子膜电极组件1上均设置有氧气通道孔、氢气通道孔以及电解液通道孔，两端板4之间通过螺栓与绝缘套管相互连接且阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3上均设有供其连接的安装孔；
29.如图2所示，阴离子膜电极组件1包括边框5、气体扩散层二6、阴离子树脂膜7、催化层8，阴离子树脂膜7、气体扩散层二6与催化层8均固定在边框5内且气体扩散层二6与催化层8位于阴离子树脂膜7的两侧，催化层8位于气体扩散层二6与阴离子树脂膜7之间，利用气体扩散层二6、阴离子树脂膜7以及催化层8的设置，加快电解液中oh离子的传递；
30.气体扩散层二6包括支撑层与涂覆在支撑层上的微孔层，支撑层为无纺布层，微孔层采用导电炭黑与憎水剂制成，无纺布层的孔隙率高，导电炭黑具有低电阻的性能，以此来提高气体扩散层二6电子传导能力，同时憎水剂能够赋予气体扩散层二6疏水的特性；
31.金属双极板3的两侧面采用异形加工制成，增大了金属双极板3两侧面的反应面积，从而加快反应效率；
32.气体扩散层一2远离阴离子膜电极组件1的一侧涂覆有催化剂层，用以加快气体扩散层一2与外界的反应效率，从而提高整体的制氢效率；
33.金属双极板3、气体扩散层一2的表面均涂覆有导电防腐涂层，确保金属双极板3、气体扩散层一2正常使用的同时提高了两者的使用寿命；
34.阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3、端板4之间均设有密封圈，提高阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2、金属双极板3、端板4连接后的密封效果，从而避免出现泄漏，提高使用时的安全性。
35.本发明使用过程如下所示：
36.将绝缘套管穿过阴离子膜电极组件1、气体扩散层一2以及金属双极板3上的安装孔，并利用螺栓将端板4与绝缘套管相互固定，之后沿电解液进口将电解液输入，接着将电解槽本体与外接设备相连并通电，由于电解槽本体中设置有若干气体扩散层一2、金属双极板3以及阴离子膜电极组件1且三者依次交叉排序，因此气体扩散层一2、金属双极板3、阴离子膜电极组件1之间会形成多个反应室并进行相应的反应，反应产生的氧气与氢气会沿着氧气通道孔、氢气通道孔流动并从氢气出口、氧气出口排出，整个制氢过程能够提高氢气的产量，并且气体扩散层一2、金属双极板3、阴离子膜电极组件1可以根据需求增加或减少，更为人性化，并且气体扩散层二6采用无纺布层、导电炭黑与憎水剂制成，能够提高气体扩散层二6的传导性并降低电阻。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.aem电解水制氢电解槽，包括电解槽本体，其特征在于：所述电解槽本体包括若干阴离子膜电极组件(1)、气体扩散层一(2)、金属双极板(3)以及设置在若干阴离子膜电极组件(1)、气体扩散层一(2)、金属双极板(3)两侧的端板(4)，若干所述阴离子膜电极组件(1)、气体扩散层一(2)、金属双极板(3)依次排序且最靠近所述端板(4)的金属双极板(3)上分别设置有阳极接线端与阴极接线端，所述端板(4)上设置有氢气出口、氧气出口以及电解液进口，所述金属双极板(3)、端板(4)、气体扩散层一(2)以及阴离子膜电极组件(1)上均设置有氧气通道孔、氢气通道孔以及电解液通道孔，两所述端板(4)之间通过螺栓与绝缘套管相互连接且所述阴离子膜电极组件(1)、气体扩散层一(2)、金属双极板(3)上均设有供其连接的安装孔。2.根据权利要求1所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述阴离子膜电极组件(1)包括边框(5)、气体扩散层二(6)、阴离子树脂膜(7)、催化层(8)，所述阴离子树脂膜(7)、气体扩散层二(6)与催化层(8)均固定在边框(5)内且气体扩散层二(6)与催化层(8)位于阴离子树脂膜(7)的两侧，所述催化层(8)位于气体扩散层二(6)与阴离子树脂膜(7)之间。3.根据权利要求2所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述气体扩散层二(6)包括支撑层与涂覆在支撑层上的微孔层，所述支撑层为无纺布层，所述微孔层采用导电炭黑与憎水剂制成。4.根据权利要求1所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述金属双极板(3)的两侧面采用异形加工制成。5.根据权利要求1所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述气体扩散层一(2)远离阴离子膜电极组件(1)的一侧涂覆有催化剂层。6.根据权利要求1所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述金属双极板(3)、气体扩散层一(2)的表面均涂覆有导电防腐涂层。7.根据权利要求1所述的aem电解水制氢电解槽，其特征在于：所述阴离子膜电极组件(1)、气体扩散层一(2)、金属双极板(3)、端板(4)之间均设有密封圈。

技术总结
本发明公开了AEM电解水制氢电解槽，旨在解决现有AEM膜传导性较差，导致制氢量不佳，影响着电解槽性能的问题。其技术方案要点是：AEM电解水制氢电解槽，包括电解槽本体，电解槽本体包括若干阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板以及设置在若干阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板两侧的端板，若干阴离子膜电极组件、气体扩散层一、金属双极板依次排序。本发明利用气体扩散层一、金属双极板、阴离子膜电极组件之间形成的多个反应室，加快整体的反应效率，从而提高整氢气的产量，同时气体扩散层二采用无纺布层、导电炭黑与憎水剂制成，能够提高气体扩散层二的传导性并降低电阻。阻。阻。


技术研发人员：何赞果
受保护的技术使用者：浙江菲尔特过滤科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/16