【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及pem电解水，尤其涉及一种电解水膜电极及其密封结构。
技术介绍
1、质子交换膜电解（pemwe）技术制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺，因此，在绿氢制备技术中受到广泛重视。此外它还具有响应速度快、适应宽功率波动、灵活性高的优点。因此，质子交换膜电解水技术具有非常广阔的应用前景。pem电解水设备的核心难点是足够长的寿命以及足够高的氢气输出压力，这两点也是制约电解槽商业化的主要障碍。
2、电解槽的氢气输出压力越高，其产生的氢气收集时就越容易，减少了中间增压环节，提升了经济效益。对于民用电解槽来讲，根据其应用场景一般需要电解槽的产氢压力在0-3mpa之间；但是对于工业电解槽而言，其要求的产氢压力只有大于3.5mpa以上才有实际应用意义。但是电解槽的产氢压力越高，对应的氢气泄漏的风险越大，其对电解槽本身的密封性能要求越严格。目前国内工业电解槽压力最高水平仅在4.5-5mpa左右。
3、此外，pem电解槽的寿命也是制约其大规模生产的关键因素。其中电解槽内寿命短板毫无疑问为质子交换膜。目前商业应用的质子交换膜厚度仅为80-120微米，并且其在传导质子的同时要保证隔绝阴阳极的氢气和氧气的作用，未来膜的发展趋势会持续减薄。高压场景下电解槽内组件只有质子膜的机械强度虽然可以达到70兆帕以上，但是一旦膜局部出现应力集中，如此薄的质子膜在高压环境下会立刻出现刺穿或针孔进而失效。为此，电解水膜电极结构中如何防止膜在运行过程中出现应力集中，是整个电解槽结构设计中的关键所在。
4、传统的膜电极结构
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种电解水膜电极及其密封结构，旨在解决质子膜应力集中导致的耐久性差的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种电解水膜电极的密封结构，包括边框体、阳极极板和阴极极板、阳极钛气体扩散层以及阴极气体扩散层，其中，
3、所述边框体位于阳极极板和阴极极板之间缝隙中，边框体包括位于质子交换膜外围侧的厚边框以及粘接于厚边框下方的薄边框，薄边框的端面凸伸于厚边框的外部且与质子交换膜的底部相粘接，厚边框与阳极极板之间缝隙处安装有第一密封结构，薄边框与阴极极板之间缝隙处安装有第二密封结构，质子交换膜的上下两端面分别贴合有阳极钛气体扩散层以及阴极气体扩散层，质子交换膜贴合的薄边框处与阴极极板之间安装有第三密封结构以将部分质子交换膜压住，第三密封结构位于第二密封结构的内侧。
4、优选地，所述第一密封结构和第二密封结构的密封方式均为压力密封。
5、优选地，所述第三密封结构位于质子交换膜的下方，第三密封结构位于阳极钛气体扩散层外端面和阴极气体扩散层外端面之间。
6、优选地，所述第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构均为矩形密封圈，矩形密封圈采用三元乙丙橡胶或氟橡胶制成。
7、优选地，所述的电解水膜电极的密封结构还包括位于质子交换膜与薄边框之间的粘胶层，所述粘胶层采用热熔胶制成。
8、优选地，所述阳极极板和阴极极板上均开设有密封槽以容纳第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构。
9、优选地，所述厚边框的厚度比薄边框的厚度多0.1mm~0.3mm。
10、优选地，所述阳极钛气体扩散层采用钛气体扩散层为烧结钛、钛毡、钛网的一种或几种组合制成，阴极气体扩散层采用碳纤维毡制成。
11、优选地，所述阳极钛气体扩散层的尺寸与质子交换膜的尺寸一致，阳极钛气体扩散层的厚度大于边框体的厚度。
12、本专利技术进一步提出一种电解水膜电极，包括上述的电解水膜电极的密封结构，还包括位于电解水膜电极的密封结构的阳极极板和阴极极板之间的质子交换膜。
13、本专利技术提出的电解水膜电极的密封结构，解决了质子交换膜应力集中导致的耐久性差的问题，并且从膜电极结构与极板匹配角度考虑密封问题，使得该电解槽单元在密封压力可达10mpa以上。同时，本电解水膜电极的密封结构还具有结构简单、容易实现以及工作稳定可靠的优点。
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1.一种电解水膜电极的密封结构，其特征在于，包括边框体、阳极极板和阴极极板、阳极钛气体扩散层以及阴极气体扩散层，其中，
2.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第一密封结构和第二密封结构的密封方式均为压力密封。
3.如权利要求2所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第三密封结构位于质子交换膜的下方，第三密封结构位于阳极钛气体扩散层外端面和阴极气体扩散层外端面之间。
4.如权利要求3所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构均为矩形密封圈，矩形密封圈采用三元乙丙橡胶或氟橡胶制成。
5.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，还包括位于质子交换膜与薄边框之间的粘胶层，所述粘胶层采用热熔胶制成。
6.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述阳极极板和阴极极板上均开设有密封槽以容纳第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构。
7.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述厚边框的厚度比薄边框的厚度多
8.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述阳极钛气体扩散层采用钛气体扩散层为烧结钛、钛毡、钛网的一种或几种组合制成，阴极气体扩散层采用碳纤维毡制成。
9.如权利要求1至8中任意一项所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述阳极钛气体扩散层的尺寸与质子交换膜的尺寸一致，阳极钛气体扩散层的厚度大于边框体的厚度。
10.一种电解水膜电极，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的电解水膜电极的密封结构，还包括位于电解水膜电极的密封结构的阳极极板和阴极极板之间的质子交换膜。
...【技术特征摘要】
1.一种电解水膜电极的密封结构，其特征在于，包括边框体、阳极极板和阴极极板、阳极钛气体扩散层以及阴极气体扩散层，其中，
2.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第一密封结构和第二密封结构的密封方式均为压力密封。
3.如权利要求2所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第三密封结构位于质子交换膜的下方，第三密封结构位于阳极钛气体扩散层外端面和阴极气体扩散层外端面之间。
4.如权利要求3所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，所述第一密封结构、第二密封结构和第三密封结构均为矩形密封圈，矩形密封圈采用三元乙丙橡胶或氟橡胶制成。
5.如权利要求1所述的电解水膜电极的密封结构，其特征在于，还包括位于质子交换膜与薄边框之间的粘胶层，所述粘胶层采用热熔胶制成。
6.如权利要求1所述的电解水膜电...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘牧，戈琛，张立昌，向蔚，谭金婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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