【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解装置，尤其涉及一种碱性电解槽结构。
技术介绍
1、目前，纯水电解产氢一般有三种电解槽，分别为碱性电解槽、固体氧化物电解槽和聚合物电解槽，其中碱性电解槽是发展时间最长、技术最为成熟的电解槽，其具有操作简单和成本低的特点。
2、现有技术的碱性电解槽一般采用碳钢镀镍的双极板和极框，然后用金属镍网上热喷涂镍催化剂用作电极，正负极间用多孔隔膜隔开，但存在两方面问题：1)电极与隔膜间始终存在缝隙，导致氢氧根传输距离长，离子电阻大；2)整个框架重量大、热熔大，导致电解槽组装和安装过程费力，温度响应速度慢。
技术实现思路
1、为解决现有技术的缺陷，本专利技术的主要目的在于提供一种碱性电解槽结构，实现了电极与膜一体化，大幅缩小了阴阳极间离子传输阻力，降低内阻。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种碱性电解槽结构，包括电解单元和设于所述电解单元四周的极框，所述电解单元包括电解小室，所述电解小室包括依次堆叠设置的双极板、阳极多孔层、膜电极、阴极多孔层和双极板；
3、其中，所述膜电极包括隔膜和分别负载于所述隔膜的两侧表面的阳极催化剂层、阴极催化剂层；所述隔膜为多孔隔膜，所述阳极多孔层和/或阴极多孔层包括开孔孔径不同的至少两层堆叠结构，朝着膜电极的方向，开孔孔径逐渐减小。
4、本专利技术中，在靠近阳极催化剂层或阴极催化剂层附近，开孔孔径较小，其致密的结构有利于电接触，提高界面电导，随后朝向双极板的方向开孔孔径变大，有利于从开孔中排
5、进一步地，所述阳极多孔层和/或阴极多孔层包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
6、进一步地，所述流场网层的开孔尺寸为0.2-10mm，优选0.5-1mm，厚度0.5-5mm，优选1-3mm。
7、进一步地，所述过渡网孔层的开孔目数为50-400，优选100-300目，厚度0.1-0.5mm，优选0.2-0.3mm。
8、进一步地，所述微孔层的孔隙率50-80％，优选60-70％，厚度0.1-0.5mm，优选0.2-0.3mm。
9、进一步地，所述流场网层或者过渡网孔层选自镍网、镍合金网、有孔镍板、镀镍的钢网、镀镍的有孔钢板，或者选自不锈钢网、有孔不锈钢板。
10、进一步地，所述微孔层选自镍毡、冲孔镍板、编织镍网、多孔镍或者碳纸，优选冲孔镍板。
11、进一步地，所述流场网层为菱形冲孔拉伸网，菱形孔所在平面与双极板所在平面存在夹角，所述夹角范围为10-60度，优选30-45度。
12、进一步地，所述过渡网层为平纹编织网。
13、进一步地，所述微孔层的冲孔主体为圆形、方形或菱形，冲孔的边缘优选为锯齿结构，用在阴极氢气析出时，冲孔直径范围50μm-1000μm，优选300-500μm，用在阳极氢气析出时，冲孔直径范围100μm-2000μm，优选500-800μm，锯齿深度为10-30μm，优选15-25μm。
14、进一步地，所述微孔层的冲孔按照阵列式排列，为正方阵列或六方阵列，优选六方阵列。
15、进一步地，所述多孔隔膜的材质选自聚醚砜、聚砜、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、无纺布中的一种或多种。
16、进一步地，所述阳极催化剂层或阴极催化剂层的厚度是1-200微米，优选30-50微米。
17、进一步地，所述阳极催化剂层或阴极催化剂层包括阳极或阴极催化剂、粘结剂，阳极催化剂选自包括镍元素、铂元素的金属以及包括镍元素、铂元素的金属氧化物中的一种或多种；阴极催化剂选自包括镍元素、铂元素的金属；粘结剂选自全氟磺酸树脂、聚醚醚酮、聚丙烯腈中的一种或多种。
18、进一步地，所述双极板为镍板、镍合金板、不锈钢板或镀镍板，厚度0.1mm-2mm，优选0.5-1mm。双极板可以是平板，也可以是通过冲压或刻蚀后的带有流道的板。
19、进一步地，还包括设置在阴极极框和阳极极框之间的密封垫，密封垫的材质选自氟乙烯、乙丙橡胶等，厚度0.1-1mm，优选0.2-0.5mm。
20、进一步地，所述极框的侧面开口用于流通碱液，碱液进入电解小室。
21、进一步地，所述极框采用树脂材质，优选地，所述树脂选自聚砜或聚醚醚酮。
22、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
23、本专利技术将电极反应的阳极催化剂或阴极催化剂直接涂覆在隔膜两侧，形成涂层，实现电极与膜一体化，得到膜电极，大幅缩小了阴极、阳极间离子传输阻力，降低内阻，提高了电流密度和电解性能。另外，本专利技术在双极板与膜电极之间的区域设置具有开孔孔径不同的至少两层堆叠结构的阳极多孔层或阴极多孔层，可使得催化层界面电子传输强化和气泡输运更加顺畅，从而降低界面电阻和扩散阻力。
24、另外，本专利技术可采用树脂极框作为电解槽主体，具有轻量化、热熔小及温度响应速度加快等优点。
25、本专利技术的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式予以详细说明。
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1.一种碱性电解槽结构，包括电解单元和设于所述电解单元四周的极框，所述电解单元包括电解小室，其特征在于，所述电解小室包括依次堆叠设置的双极板、阳极多孔层、膜电极、阴极多孔层和双极板；其中，
2.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阳极多孔层包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
3.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阴极多孔层包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
4.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阳极多孔层和阴极多孔层均包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
5.根据权利要求2-4任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述流场网层的开孔尺寸为0.2-10mm，厚度为0.5-5mm。
6.根据权利要求2-5任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述过渡网孔层的开孔目数为50-400目，厚度为0.1-0.5mm。
<...【技术特征摘要】
1.一种碱性电解槽结构，包括电解单元和设于所述电解单元四周的极框，所述电解单元包括电解小室，其特征在于，所述电解小室包括依次堆叠设置的双极板、阳极多孔层、膜电极、阴极多孔层和双极板；其中，
2.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阳极多孔层包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
3.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阴极多孔层包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
4.根据权利要求1所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述阳极多孔层和阴极多孔层均包括开孔孔径不同的三层堆叠结构，朝着膜电极的方向，依次为流场网层、过渡网孔层和微孔层。
5.根据权利要求2-4任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述流场网层的开孔尺寸为0.2-10mm，厚度为0.5-5mm。
6.根据权利要求2-5任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述过渡网孔层的开孔目数为50-400目，厚度为0.1-0.5mm。
7.根据权利要求2-6任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，微孔层的孔隙率不低于30％，优选微孔层的孔隙率为50-80％，厚度为0.1-0.5mm。
8.根据权利要求2-7任一项所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述流场网层或者过渡网孔层选自镍网、镍合金网、有孔镍板、镀镍的钢网、镀镍的有孔钢板，或者选自不锈钢网、有孔不锈钢板；和/或，
9.根据权利要求8所述的碱性电解槽结构，其特征在于，所述流场网层为菱形冲孔拉伸网，所述过渡网层为平纹编织网。
10.根据权利要求8所述的碱性电...
【专利技术属性】
技术研发人员：许壮，张增光，翟俊香，何广利，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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