电解槽极板的制作方法

1.本发明涉及水电解制氢设备技术领域，尤其涉及一种电解槽极板。


背景技术：

2.电解槽是水电解制氢系统的核心，它一般由数个到数百个电解小室串联组成，每个电解小室又由极板、电极、隔膜和密封垫片等组件组成。其中，极板是电解槽的支撑组件，起到支撑电极和隔膜以及导电的作用。电极分为阴极电极和阳极电极，一般均采用镍网并在其表面涂覆一层催化材料，是析氢、析氧反应发生的场所。
3.电解槽组装时，首先将极板阴极侧向上放平，然后将阴极电极放在极板上，再依次放上密封垫片和隔膜，然后再将阳极电极放在隔膜上并嵌入到密封垫片内，再将另一片极板阳极侧向下放在阳极电极上。上述步骤组装出一个电解小室，然后继续组装其他电解小室，待全部组装完成后，再将电解槽紧固。电解槽组装工序多，耗时较长，电解槽组件间的相对位置尤其是电极在极板上的位置易出现偏差，可能导致电解槽漏气、漏液，影响运行安全。另外，电极与极板间还可能存在接触不良的问题，导致两者间存在较大的接触电阻，电解槽运行时会导致电解能耗增大，造成运行成本增加。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种电解槽极板，用以解决现有电解槽组装工序多、耗时较长；组装易产生偏差、运行不安全及电解能耗高等难题。
5.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本发明提供了一种电解槽极板，包括：极框，中间具有贯通顶端和底端的安装孔；面板，具有阴极板面和阳极板面，所述面板收容在所述安装孔内，且所述面板的周向与所述极框固定连接；阴极催化材料层，涂覆在所述阴极板面上；阳极催化材料层，涂覆在所述阳极板面上；其中，所述面板的厚度不大于所述极框的厚度。
7.优选的，其中，所述极框和所述面板均采用金属材料制成，且所述极框和所述面板通过焊接固定连接以形成双极板。
8.优选的，其中，所述双极板上还设置有防腐涂层。
9.优选的，其中，所述防腐涂层采用电镀镍的工艺形成。
10.优选的，其中，所述阴极催化材料层和/或所述阳极催化材料层采用表面加工工艺涂覆在所述面板上。
11.优选的，其中，所述表面加工工艺至少包括物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、磁控溅射、电沉积和原位合成方法中的一种。
12.优选的，其中，所述阴极催化材料层采用具有催化析氢功能的材料制成，所述阳极催化材料层采用具有催化析氧功能的材料制成。
13.优选的，其中，所述阴极催化材料层采用金属多孔材料、过渡金属及其合金、过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氮化物、贵金属及其合金中的任意一种制成。
14.优选的，其中，所述阳极催化材料层采用金属多孔材料、过渡金属及其合金、过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氮化物、贵金属及其合金中的任意一种制成。
15.优选的，其中，所述的阴极催化材料层的厚度和/或所述阳极催化材料层的厚度为1μm至500μm。
16.本发明至少具有以下特点及优点：
17.(1)将电解槽的极板与电极合二为一，可简化电解槽组装工艺，提高组装精度。使用本发明的功能性极板组装电解槽时，只需将密封垫片和隔膜依次放在极板上，然后再将另一片极板放在隔膜上，即组装出一个电解小室，省略了电极摆放的过程，可极大提高电解槽组装效率。另外，电解槽组装时也不会发生电极位置出现偏差的问题，保证了电解槽组装精度。
18.(2)传统电解槽极板与电极分体，二者间存在较大的接触电阻，电解槽运行时接触电阻会导致较大的电压损失，对电解能耗产生不利影响。本发明的功能性极板将极板与电极合二为一，可消除传统电解槽极板与电极间的接触电阻，从而降低电解槽运行时的电解能耗。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明水电解制氢电解槽极板的结构示意图。
21.附图标记与说明：
22.1、阴极催化材料层；2、面板；3、极框；4、阳极催化材料层。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明提供了一种电解槽极板，请参见图1，包括极框3、面板2、阴极催化材料层1和阳极催化材料层4。
25.具体的，极框3的中间具有贯通顶端和底端的安装孔；面板2具有阴极板面和阳极板面，面板2收容在安装孔内，且面板2的周向与极框3固定连接；阴极催化材料层1涂覆在阴极板面上；阳极催化材料层4涂覆在阳极板面上；其中，面板2的厚度不大于极框3的厚度。
26.在一些实施例中，极框3和面板2均采用金属材料制成，且极框3和面板2通过焊接固定连接以形成双极板。
27.进一步的，双极板上还设置有防腐涂层。更进一步的，防腐涂层采用电镀镍的工艺形成。
28.在一些实施例中，阴极催化材料层1和/或阳极催化材料层4采用表面加工工艺涂
覆在面板2上。进一步的，表面加工工艺至少包括物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、磁控溅射、电沉积和原位合成方法中的一种。
29.在一些实施例中，阴极催化材料层1采用具有催化析氢功能的材料制成，阳极催化材料层4采用具有催化析氧功能的材料制成。
30.在一些优选实施例中，阴极催化材料层1采用金属多孔材料、过渡金属及其合金、过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氮化物、贵金属及其合金中的任意一种制成。在另一些优选实施例中，阳极催化材料层4采用金属多孔材料、过渡金属及其合金、过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氮化物、贵金属及其合金中的任意一种制成。
31.在一些实施例中，的阴极催化材料层1的厚度和/或阳极催化材料层4的厚度为1μm至500μm。
32.下面通过一个具体实施例来对本发明做进一步的解释与说明：
33.如图1所示，电解槽极板包括极框3、面板2及阴极催化材料层1和阳极催化材料层4。其中，极框3和面板2为金属材质，两者焊接为一体构成电解槽金属双极板，再经过电镀镍处理形成防腐涂层，与传统电解槽的极板结构一致。
34.双极板镀镍后，再采用表面加工技术将阴极催化材料和阳极催化材料分别涂覆在双极板面板2的阴极侧和阳极侧，形成阴极催化材料层1和阳极催化材料层2。阴极催化材料层1的厚度和阳极催化材料层4的厚度为1μm～500μm。
35.使用本发明的极板组装电解槽的方法如下：
36.将一片极板阴极侧向上放平，即使极板的阴极催化材料层1在上方，然后将密封垫片和隔膜依次放在该极板上，然后再将另一片极板阳极侧向下放在隔膜上，即阳极催化材料层4向下、阴极催化材料层1向上。以上步骤完成一个电解小室组装，然后重复上述步骤进行下一个小室组装，待全部小室组装完成后，将电解槽紧固完成电解槽组装。
37.本发明能克服现有技术存在的缺陷，提供一种电解槽极板，即将阴、阳极催化材料分别涂覆于极板的阴极侧和阳极侧，以简化电解槽组装工序，并消除极板与电极间的接触电阻，从而降低电解槽运行时的电解能耗。
38.以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。