一种高电流密度的碱性水电解槽制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高电流密度的碱性水电解槽，该碱性水电解槽包含若干电解小室，每个电解小室包含：极框，其包含阴极框、阳极框；析氧用的阳极；析氢用的阴极；设置在阳极与阴极之间的隔膜；设置在阴极与阳极外部的主极板；设置在主极板外部的导电集流网；及，设置在阴极框与阳极框之间的密封垫片。本实用新型专利技术在高电流密度具有较低的电解能耗、稳定运行特点，不仅节省了电解槽制造成本，更有利于提高电解槽的单位产能，使水电解设备向集成化的方向发展，具有良好的实用性。

Alkaline water tank with high current density

The utility model discloses a high current density alkaline water solution tank, the alkaline water electrolyzer comprises a plurality of electrolytic cell, each cell contains: box, electrolytic cathode, anode frame comprising a frame; anodic use; cathodic hydrogen use; set in the diaphragm between the anode and the cathode; set up in the main plate cathode and anode plate is arranged on the main exterior; external conductive grid; and set the gasket between the cathode and anode box box. The utility model has the characteristics of stable operation, energy consumption of electrolytic low in high current density electrolysis cell not only saves manufacturing cost, more conducive to improving the capacity of the unit cell, the water electrolysis equipment to integrated development direction, has good practicability.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电解制氢领域，涉及一种高电流密度的碱性水电解槽，主要应用于水电解制氢工业。
技术介绍
氢能源因其来源广、高效和清洁受到广泛的关注，被认为是人类未来的理想能源。碱水电解制氢是实现大规模制氢的重要技术。电解槽是水电解制氢中最核心的设备，碱性水电解槽是工业水电解中应用最为广泛、发展最为成熟的电解槽。目前，碱性电解水工业中普遍采用双极式电解槽，这种电解槽由多个单元小室有规律叠压成电解槽的槽体，每个电解小室主要由极框，双极性主极板，隔膜，阴阳极以及密封垫片组成。双极性主极板一面是阴极，另一面是阳极，焊接到极框内，构成一个整体。每个小室分为阴极室和阳极室，隔膜位于阴阳极之间，主要作用是防止氢氧气体混合。从法拉第定律可知，26.8A·h电荷量能产生0.5mol的氢气，在标准状态下，0.5mol氢气占有的体积是11.2L，则1A·h电荷量在一个电解小室的产气量应为0.000418m3的气体，如果考虑电流效率，那么每台电解槽实际产氢量VH2应为：VH2=0.000418nItη （1）其中，n代表电解槽的电解小室数； I代表电流，A；t代表通电时间， h；η代表电流效率，%。由于电流(I)=电流密度（q）×电极的面积（s），因此公式（1）可以写成如下：VH2=0.000418nqstη （2）其中，q代表电解槽运行的电流密度，A/m2；s代表电极的面积，m2。由公式（2）可以看出们单位时间内产氢量与电解小室数，电极面积和电解槽的运行电流密度有关。目前提高碱性电解槽单位产能的方法主要有两种，（1）增加电解小室的数目或者增大电解小室的直径；（2）提高现有电解槽运行的电流密度。传统电解槽在电流密度2000A/m2或以下运行。这种电解槽的电极与隔膜之间为非零间距，并且所使用电极为雷尼镍电极，这种电极在高电流密度下催化活性低，抗极化能力弱。因此，传统电解槽通过直接增加运行电流实现高电流密度的转化的方法容易出现槽压不稳定，小室槽压增加过快的问题。目前主要通过增加电解小室数目或者电极面积来提高单位产能，但是增加电解小室数会使得电解槽越来越长，由于这些小室通过端压板，碟形弹簧以及拉紧螺栓连接，因此电解槽过长会使中间部分由于重量过大出现下坠情况，导致电解槽存在安全事故，而增加电解小室的面积会超出现有的加工能力。相对而言，发展高电流密度电解槽具有强化生产能力、节省设备制备成本和项目的占地面积、实现电解设备集成化发展等优点。因此，开发一种稳定且低能耗的高电流密度的碱性水电解槽对于提高单位产能，降低电解槽能耗以及制造成本，实现水电解设备的集成化具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高电流密度的碱性水电解槽，解决目前碱性水电解槽在高电流密度下电解能耗高，运行不稳定的问题。为达到上述目的，本技术提供了一种高电流密度的碱性水电解槽，该碱性水电解槽包含若干电解小室，每个电解小室包含：极框，其包含阴极框、阳极框；析氧用的阳极；析氢用的阴极；设置在阳极与阴极之间的隔膜；设置在阴极与阳极外部的主极板；设置在主极板外部的导电集流网；及设置在阴极框与阳极框之间的密封垫片。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的主极板呈乳突状，乳突起到支撑阴阳电极，导电以及提供液体流通通道的作用。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的阴极为复合析氢电极，其由镍网基体、具有高比表面积和储氢性能的微孔中间层、以及催化层构成。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的中间层厚度为10-100μm。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的催化剂层在高电流密度下具有较高析氢催化活性，其厚度为5-30μm。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的隔膜为聚苯硫醚纤维隔膜。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的聚苯硫醚纤维隔膜还含有二氧化锆。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的隔膜具有微孔，孔径为0.15um-0.2um，孔隙率为50%-60%。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，所述的隔膜的厚度为550μm-600μm。上述的高电流密度的碱性水电解槽，其中，导电集流网骨架中空并以冶金状态彼此交连，呈现三维网孔结构。本技术提供的碱性水电解槽的每个电解小室由极框（阳极框、阴极框）、乳突状主极板、阴极、阳极、隔膜、导电集流网以及密封垫片组成。电解小室的安装顺序依次是极框、导电集流网、电极、隔膜、密封垫片、电极、导电集流网以及极框。隔膜的两边分别为小室的阴极室和阳极室。这些小室通过端压板，碟形弹簧以及拉紧螺栓连接在一起形成一个完整的电解槽。其中，所述阴极是一种复合析氢电极，由镍网基体，具有高比表面积和储氢性能的微孔中间层以及催化层组成，其中中间层厚度为10-100μm，催化剂层厚度为5-30μm，该阴极在高电流密度下具有较高析氢催化活性。所用隔膜为聚苯硫醚隔膜，孔隙率为50%-60%，孔径为0.15um-0.2um，厚度为550um-600um，加入二氧化锆粉末，使得隔膜在高电流密度下具有很好的亲水性和导电性。所述导电集流网骨架中空并以冶金状态彼此交连，呈现三维网孔结构，具有体密度小、抗腐蚀性强、良好的导电性等优点，加入导电集流网改善阴阳极与极板上乳突之间导电性不良的状况，降低接触电阻，同时减小阴阳极之间的距离，构成零间隙结构，降低电极之间的溶液电阻。本技术提供的碱性水电解槽在高电流密度下能稳定运行，电解能耗低，不仅节省了电解槽制备成本，更有利于提高电解槽的单位产能，使水电解设备向集成化的方向发展，具有良好的实用性。附图说明图1 本技术电解槽电解小室内部结构示意图。 图2 本技术电解槽在电流密度3000A/m2下运行180天小室槽压的变化。图3本技术电解槽在电流密度3500A/m2下运行180天小室槽压的变化。图4本技术电解槽在电流密度4000A/m2下运行180天小室槽压的变化。具体实施方式以下结合附图通过具体实施例对本技术作进一步的描述，实施例仅用于说明本技术，并不是对本技术保护范围的限制。如图1所示，为本技术提供的一种高电流密度的碱性水电解槽，该碱性水电解槽包含若干电解小室，每个电解小室包含：极框1，其包含阴极框、阳极框；析氧用的阳极2；析氢用的阴极3；设置在阳极与阴极之间的隔膜4；设置在阴极与阳极外部的主极板5，优选地，该主极板5呈乳突状；主极板5焊接到极框1内，构成极框组件；设置在主极板外部的导电集流网6；及设置在阴极框与阳极框之间的密封垫片7。所述导电集流网6骨架中空并以冶金状态彼此交连，呈现三维网孔结构，具有体密度小、抗腐蚀性强、良好的导电性等优点，加入导电集流网改善阴阳极与极板上乳突之间导电性不良的状况，降低接触电阻，同时减小阴阳极之间的距离，构成零间隙结构，降低电极之间的溶液电阻。实施例一对本技术所提供的电解槽在电流密度3000A/m2下，连续进行电解试验，电解时间180天，电解液为质量分数30%的KOH溶液，电解温度为85℃。实施例二对本技术所提供的电解槽在电流密度3500A/m2下，连续进行电解试验，电解时间180天，电解液为质量分数30%的KOH溶液，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电流密度的碱性水电解槽，其特征在于，该碱性水电解槽包含若干电解小室，每个电解小室包含：极框（1），其包含阴极框、阳极框；析氧用的阳极（2）；析氢用的阴极（3）；设置在阳极与阴极之间的隔膜（4）；设置在阴极与阳极外部的主极板（5）；设置在主极板（5）外部的导电集流网（6）；及设置在阴极框与阳极框之间的密封垫片（7）。

【技术特征摘要】
1.一种高电流密度的碱性水电解槽，其特征在于，该碱性水电解槽包含若干电解小室，每个电解小室包含：极框（1），其包含阴极框、阳极框；析氧用的阳极（2）；析氢用的阴极（3）；设置在阳极与阴极之间的隔膜（4）；设置在阴极与阳极外部的主极板（5）；设置在主极板（5）外部的导电集流网（6）；及设置在阴极框与阳极框之间的密封垫片（7）。2.如权利要求1所述的高电流密度的碱性水电解槽，其特征在于，所述的主极板（5）呈乳突状。3.如权利要求1所述的高电流密度的碱性水电解槽，其特征在于，所述的阴极（3）为复合析氢电极，其由镍网基体、具有高比表面积和储氢性能的微孔中间层、以及催化层构成。4.如权利要求3所述的高电流密度的碱性水电解槽，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈陈炎，黄小彬，季彬，张延峰，
申请(专利权)人：派新上海能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31