本实用新型专利技术公开了一种PEM电解槽的电堆极板，涉及PEM电解槽的技术领域，电堆极板包括阳极板和阴极板，阳极板的一侧设置有阳极反应流场，阳极反应流场包括第一流场反应区，第一流场反应区内设有沿阳极板横向分布的第一平行流场；阴极板的一侧设置有阴极反应流场，阴极反应流场包括第二流场反应区，第二流场反应区内设有沿阴极板纵向分布的第二平行流场；一种PEM电解槽的边框，边框的中部形成中空区域。本实用新型专利技术的第一平行流场沿横向分布，第二平行流场沿纵向分布，呈相垂直状态，第一平行流场与第二平行流场的流道内流体在传输过程中发生换热，使电解槽内的温度稳定，无需额外的冷却措施，热管理效率高。热管理效率高。热管理效率高。
【技术实现步骤摘要】
一种PEM电解槽的电堆极板及边框
[0001]本技术涉及PEM电解槽的
，具体为一种用于PEM电解槽的电堆极板和边框。
技术介绍
[0002]电解水制氢技术主要有碱性水电解槽(AE)、质子交换膜水电解槽(PEM)和固体氧化物水电解槽(SOE)。其中，碱性水电解槽技术较为成熟，制氢成本低，缺点是制氢纯度相对较低，制氢效率低，热启动时间长；质子交换膜水电解槽能效高，制氢流程简单，但缺点是要采用贵金属电催化剂，导致成本高，随着技术逐渐发展，成本呈降低趋势；固体氧化物水电解槽采用水蒸气电解，在高温环境下工作，能效相对最高，但技术尚未成熟，很少在市场上批量应用。
[0003]质子交换膜电解槽采用质子交换膜作为固态电解质，使用纯水作为制氢原料，可避免碱液污染与腐蚀问题，增加了电解槽的使用寿命。质子交换膜电解槽的电堆极板，也称为双极板，是质子交换膜电解槽中的多功能元件，主要有两个基本功能：一个是与堆叠中相邻的电池电连接；另一个是供应和去除反应物(即水)和气态产物(即氢气和氧气)。反应流场是电堆极板的重要组成部分，用于在质子交换膜催化电极上产生均匀分布的流场。如果电堆极板上的反应流场不均匀流动分布，可能导致催化电极的催化剂材料不均衡使用，质子交换膜电解槽的整体效率较低；另外，质子交换膜电解槽内进口至出口的温差过大，也会降低整体反应效率。
[0004]因此，必须在电堆极板上合理设计反应流场，在质子交换膜电解槽中，反应流场的形状与结构直接影响着水分布的均匀性和流道的热管理效率。目前在电堆极板上的流场结构主要有点状流场、平行流场、多孔流场、蛇形流场和组合流场结构等。现有设计中的平行流场只有一个进口和出口，导致水不易均匀分布到各个流道内，进入中部流道内的水量大于外侧流道的水量；另外，电堆极板的阳极板和阴极板往往采用相同或对称的结构设计，热管理效率低。
[0005]比如，专利号202220406103.8的中国技术专利，公开了一种质子交换膜水电解槽，阳极板的一侧设置有反应流场，在阳极板的顶部设置有与反应流场相通的进水口，在阳极板的底部设置有与反应流场相通的水氧出口；从顶部至底部，反应流场依次包括相连通的第一流场分配区、流场反应区和第二流场分配区；第一流场分配区和第二流场分配区均设置有若干个导流条，所有导流条沿阳极板的横向呈多排布置，上下相邻排之间的导流条呈错位布置；流场反应区设置有若干条平行流道。阴极板的一侧设置有平行流道；阴极板朝向阳极板的一侧设置有与阳极板结构相同的反应流场，双极板朝向阴极板的一侧设置有与阴极板结构相同的平行流道。由此可见，该专利的阳极板和阴极板上的反应流场相同，这种结构导致热管理效率低。
[0006]在专利号为202122977671.1的中国技术专利，公开了一种质子交换膜水电解槽，包括阳极电极板和阴极电极板，阳极电极板靠近阳极扩散层的一侧以及阴极电极板靠
近阴极扩散层的一侧均设有流场结构，流场结构设有多个并排分布且相互连通的流道。该专利的阳极电极板和阴极电极板的流场结构相同。
[0007]因此，亟需专利技术一种水分布均匀，热管理效率高的PEM电解槽。
技术实现思路
[0008]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种产生均匀分布流场与热管理效率高的PEM电解槽的电堆极板及边框。
[0009]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0010]一种PEM电解槽的电堆极板，电堆极板包括阳极板和阴极板，阳极板的一侧设置有阳极反应流场，阳极反应流场包括依次连通的第一进口、第一流入区、第一流场反应区、第一流出区和第一出口，第一流场反应区内设有沿阳极板横向分布的第一平行流场，第一平行流场包括多个并排分布的流道，第一进口、第一出口均沿阳极板的厚度方向贯穿阳极板；
[0011]阴极板的一侧设置有阴极反应流场，阴极反应流场包括依次连通的第二进口、第二流入区、第二流场反应区、第二流出区和第二出口，第二流场反应区内设有沿阴极板纵向分布的第二平行流场，第二平行流场包括多个并排分布的流道，第二进口、第二出口均沿阴极板的厚度方向贯穿阴极板；
[0012]所述阳极板上相邻设置有多个阳极反应流场，所述阴极板上相邻设置有多个阴极反应流场。
[0013]通过采用上述技术方案，阳极反应流场上的第一平行流场与流道沿横向分布，阴极反应流场上的第二平行流场与流道沿纵向分布，使两个平行流场相垂直，第一平行流场与第二平行流场的流道内流体在传输过程中换热，阳极板和阴极板内的温度趋于恒定，在高电流密度≧4A/cm2以及电压≦2.5V时，对于进出口温差最大如ΔT＝
±
2K，无需额外的冷却措施。
[0014]通过阳极板上相邻设置的多个阳极反应流场，阴极板上相邻设置的多个阴极反应流场，可确保水在流道内均匀的分布，对高速率的水流通过，但电流密度低至如0.5A/cm2时,避免了由于气泡形成造成的性能降低现象。
[0015]优选的，所述第一平行流场和第二平行流场内的多个流道的长度均由内向外逐渐减小。
[0016]通过采用上述技术方案，从进口输入的水，更顺畅的流入到较远距离的流道内，避免第一平行流场和第二平行流场内的水均匀分布在多个流道内。
[0017]优选的，所述阳极板和阴极板均为钛合金板。
[0018]通过采用上述技术方案，阳极板和阴极板的工作环境恶劣，需要具有高导电性、耐腐蚀性、不渗透性、低成本和足够的机械强度。目前可作为阳极板和阴极板的材料有石墨、钛、不锈钢等。石墨材料存在机械强度差、成本高、制造难度大、腐蚀速率高等问题。在阳极，高腐蚀降低了阳极板和阴极板的厚度，碳表面容易氧化，导致阳极板和阴极板的疏水性降低，这些因素导致极板的性能和寿命下降，石墨板只适用于阴极板。与石墨相比，钛具有优异的耐腐蚀性、低的初始电阻率、良好的机械强度和轻的重量，是阳极板和阴极板的最佳选择材料。不锈钢在恶劣的酸性环境中腐蚀反应非常快，还需要在不锈钢表面设置涂层。
[0019]一种PEM电解槽的边框，边框设置在阳极板和阴极板之间，边框的左侧设置有三个
歧管进口，三个歧管进口分别与阳极板上的三个第一进口位置相对，边框的右侧设置有三个歧管出口，三个歧管出口分别与阳极板上的三个第一出口位置相对；边框的上侧设置有两个歧管进口，边框上侧的两个歧管进口与阴极板上的两个第二进口位置相对，边框的下侧设置有两个歧管出口，边框下侧的两个歧管出口与阴极板上的两个第二出口位置相对；在边框的中部形成中空区域。
[0020]通过采用上述技术方案，边框上开设有与阳极板和阴极板配合的歧管出口和歧管进口，有利于水在电解槽内，发生均匀的流动和分布。
[0021]优选的，边框有两个，两个所述边框分别为阳极边框和阴极边框，所述阳极边框和阴极边框中间安装膜电极，所述阳极边框和阴极边框内的中空区域均安置有多孔传输层。
[0022]通过采用上述技术方案，两个边框中间直接安装膜电极，从而即节约了边框材料，同时有效的发挥了膜电极的作用，一点也不浪费膜电极上昂贵本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种PEM电解槽的电堆极板，所述电堆极板包括阳极板(10)和阴极板(20)，其特征在于：所述阳极板(10)的一侧设置有阳极反应流场(101)，所述阳极反应流场(101)包括依次连通的第一进口(102)、第一流入区(103)、第一流场反应区(104)、第一流出区(105)和第一出口(106)，所述第一流场反应区(104)内设有沿阳极板(10)横向分布的第一平行流场(107)，所述第一平行流场(107)包括多个并排分布的流道，所述第一进口(102)、第一出口(106)均沿阳极板(10)的厚度方向贯穿阳极板(10)；所述阴极板(20)的一侧设置有阴极反应流场(201)，所述阴极反应流场(201)包括依次连通的第二进口(202)、第二流入区(203)、第二流场反应区(204)、第二流出区(205)和第二出口(206)，所述第二流场反应区(204)内设有沿阴极板(20)纵向分布的第二平行流场(207)，所述第二平行流场(207)包括多个并排分布的流道，所述第二进口(202)、第二出口(206)均沿阴极板(20)的厚度方向贯穿阴极板(20)。2.根据权利要求1所述的PEM电解槽的电堆极板，其特征在于：所述第一平行流场(107)和第二平行流场(207)内的多个流道的长度均由内向外...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘山峰，
申请(专利权)人：南京钧铂科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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