一种无隔膜微电解槽放大设备及加工方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种无隔膜微电解槽放大设备及加工方法和应用，其中无隔膜微电解槽放大设备包括第一基板，所述第一基板上阵列有若干微电解槽阵列；所有微电解槽阵列均包含有一第二基板和若干微电解槽单元，且若干微电解槽单元阵列分布在第二基板上；第一基板和第二基板的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、聚二甲基硅氧烷或3D打印材料。本发明专利技术所述的无隔膜微电解槽放大设备，从二维维度和空间三维维度两方面，对微电解槽单元进行了数量放大，可提高电解水制氢的产量。解水制氢的产量。解水制氢的产量。

【技术实现步骤摘要】
一种无隔膜微电解槽放大设备及加工方法和应用


[0001]本专利技术属于电解水制氢
，尤其涉及一种无隔膜微电解槽放大设备及加工方法和应用。

技术介绍

[0002]目前，电解水制氢是生产绿氢的重要方式。现有的主流电解水制氢技术主要包括三种：碱性电解水制氢、质子交换膜(PEM)电解水制氢以及高温固体氧化物电解(SOEC)制氢。电解水制氢技术中关键的核心设备是电解槽，三种电解技术对应的分别为碱性电解槽、质子交换膜电解槽及高温固体氧化物电解槽。
[0003]在氢气产业链中，氢气的储存与运输具有较大难度。氢气体积能量密度较低，燃点较低，易燃易爆，对储运过程中的安全性有极高的要求。相较于石油、天然气等传统化石燃料，氢气在储运环节具有天然的劣势。因此，目前氢气储运成本极高。例如采用气态氢气拖车运输方式，一台长管拖车的成本为160万元，百公里运输成本高达8.66元/kg；采用气态氢管道运输，每公里管道投资就高达580万元。因此，对于某些小规模、地理位置偏远的用氢场景，这种大规模制氢、长距离储运的氢能利用方式，成本高，缺乏灵活性，且有安全风险。鉴于此，发展小规模分布式制氢，就地消纳的用氢方式，作为大规模制氢的补充，具有显著的应用前景。
[0004]就电解槽而言，前面提到的三种制氢技术均有其固有缺陷。例如，碱性水电解槽的缺点在于，(1)采用强碱KOH作为电解液，需要使用耐腐蚀金属制造电解槽，增加成本；(2) 碱水槽隔膜多采用石棉或PPS等材料，电阻高，增加能耗，阻气性差，因而抗负荷波动性差，启停耗时长；(3)碱性水电解系统结构复杂，部件多，故障率高。对于PEM系统，目前主要的缺陷在于其核心部件
‑
质子交换膜通常采用贵金属制成，成本很高。而高温固体氧化物电解槽目前处于实验阶段，电极性能损耗快，技术成熟度低。因此，目前的三种制氢技术在小规模、分布式制氢中适用性较差。
[0005]鉴于以上分析可知，电解水制氢的核心部件是电解槽，其主要问题在于成本高、结构复杂、故障率高等。因此，需开发适用于分布式制氢的小型、结构简单、灵活性高的电解设备。电解槽本质上为通电产生电化学反应的装置，目前，反应器的微型化是化工设备的发展的重要方向之一，因此催生出各种微化工装置，例如微反应器、微分离器等。微化工装置通道的特征尺寸通常在几十到几百微米之间，装置的微型化带来的主要优势有：(1) 微小尺度大大增加了反应比表面积，微反应器中传递过程(反应速率、传热等)将得到大大强化，反应速率将加快，反应产热可快速消散，降低反应过程的安全风险；(2)可控性高，不同于宏观尺度设备内惯性力占主导地位，在微尺度下，表面力(粘性力、界面张力等)占主导，因此微尺度流动具有不同于宏观尺度的特殊性质，可利用其特殊流动形态实现对反应、分离过程的精确控制；(3)集成特性，通过微通道的结构设计，可将不同微反应器等集成，进一步缩小设备的体积，提高效率。
[0006]但是，由于单个微电解槽产量小，应用时需对其进行放大，提高产量。对于微流控/
微电解槽系统，放大的方法主要为数量放大，即若干个微电解槽同时并行工作，这对微电解槽之间的流动、电解槽的排布提出了更高的要求，需要重新设计。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的一个目的在于提出一种无隔膜微电解槽放大设备，从二维维度和空间三维维度两方面，对微电解槽单元进行了数量放大，可提高电解水制氢的产量。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提出一种无隔膜微电解槽放大设备的加工方法。
[0009]本专利技术的又一个目的在于提出无隔膜微电解槽放大设备的应用。
[0010]为达到上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种无隔膜微电解槽放大设备，包括第一基板，所述第一基板上阵列有若干微电解槽阵列；所有微电解槽阵列均包含有一第二基板和若干微电解槽单元，且若干微电解槽单元阵列分布在第二基板上；第一基板和第二基板的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、聚二甲基硅氧烷或3D打印材料。
[0011]本专利技术实施例的无隔膜微电解槽放大设备，从二维维度和空间三维维度两方面，对微电解槽单元进行了数量放大，可提高电解水制氢的产量。
[0012]另外，根据本专利技术上述实施例提出的无隔膜微电解槽放大设备还可以具有如下附加的技术特征：
[0013]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽阵列相互平行设置，且若干微电解槽阵列均与第一基板垂直设置或成一定角度倾斜设置。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽阵列之间的间距为第二基板厚度的1.5
‑
3倍；第一基板上安装有温控系统。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽单元平行设置在第二基板上。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽单元成圆环状分布在第二基板上，且每个微电解槽单元均沿圆环的半径方向设置。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽单元均包括一个设在第二基板上的微通道结构和一个第一盖板，且第一盖板与微通道结构形成一个封闭空间。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，若干微电解槽单元均包括一个设在第二基板上的微通道结构，所有微电解槽阵列均还包括一个第二盖板；每个微电解槽阵列所对应的第二盖板均可对其所对应的若干微通道结构进行封装，形成与微通道结构数量相当的多个封闭空间。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，微通道结构包括电解液入口、主通道、氢气储存槽和氧气储存槽；所述主通道内设有阴极、阳极和隔离墙，所述隔离墙高度小于主通道的深度；所述隔离墙位于阴极和阳极之间，且隔离墙将主通道划分为氢气通道和氧气通道；所述氢气通道的一端和氧气通道一端均与电解液入口连通，所述氢气通道的另一端、氧气通道的另一端分别连通氢气储存槽和氧气储存槽；所述氢气储存槽底部设有第一液体出口，上端设有氢气出口；所述氧气储存槽底部设有第二液体出口，上端设有氧气出口。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述阴极和阳极均设在其所对应的主通道的侧壁上，且两者相对设置；所述阴极和阳极分别连接阴极接口和阳极接口；所述电解液入口、氢气出口、氧气出口、第一液体出口和第二液体出口均贯穿第二基板。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述主通道的长度、宽度、深度比为(480
‑
720)：(9
‑
15)： (4
‑
6)；所述隔离墙的宽度为主通道宽度的2/15
‑
1/5，隔离墙的高度为主通道深度的2/5
‑
3/5；所述氢气储存槽和氧气储存槽的长度均为主通道长度的1/5
‑
3/10，宽度均为主通道宽度的 4
‑
6倍，深度均为主通道深度的4.8
‑
7.2倍。
[0022]为达到上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种无隔膜微电解槽放大设备的加工方法，包括在二维维度上，在若干第二基板上加工若干微电解槽单元，形成若干微电解槽阵列的步骤；在空间三维维度上，安装若干微电解槽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，包括第一基板，所述第一基板上阵列有若干微电解槽阵列；所有微电解槽阵列均包含有一第二基板和若干微电解槽单元，且若干微电解槽单元阵列分布在第二基板上；第一基板和第二基板的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯、玻璃、聚二甲基硅氧烷或3D打印材料。2.根据权利要求1所述的无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，若干微电解槽阵相互平行设置，且若干微电解槽阵列均与第一基板垂直设置或成一定角度倾斜设置。3.根据权利要求1所述的无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，若干微电解槽阵列之间的间距为第二基板厚度的1.5
‑
3倍；第一基板上安装有温控系统。4.根据权利要求1所述的无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，若干微电解槽单元平行设置在第二基板上；或者，若干微电解槽单元成圆环状分布在第二基板上，且每个微电解槽单元均沿圆环的半径方向设置。5.根据权利要求1至4任意一项所述的无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，若干微电解槽单元均包括一个设在第二基板上的微通道结构和一个第一盖板，且第一盖板与微通道结构形成一个封闭空间；或者，若干微电解槽单元均包括一个设在第二基板上的微通道结构，所有微电解槽阵列均还包括一个第二盖板；每个微电解槽阵列所对应的第二盖板均可对其所对应的若干微通道结构进行封装，形成与微通道结构数量相当的多个封闭空间。6.根据权利要求5所述的无隔膜微电解槽放大设备，其特征在于，微通道结构包括电解液入口、主通道、氢气储存槽和氧气储存槽；所述主通道内设有阴极、阳极和隔离墙，所述隔离墙高度小于主通道的深度；所述隔离墙位于阴极和阳极之间，且隔离墙将主通道划分为氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：王韬，郭海礁，刘丽萍，王凡，王金意，王鹏杰，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：