一种水电解双极板

本发明主要涉及一种电解水制氢装置用的双极板。

背景技术：

1、随着中国双碳目标的提出，火力发电在未来的能源体系中占比将会逐渐下降，取而代之的是可再生能源发电以及核能发电。然而，可再生能源发电存在极大的波动性，电网不能够承担如此大的波动，为此，必须配备相应的能量转化或者储能装置。电解水技术利用电能将水电解为氧气和高纯度氢气，而氢气可以用于质子交换膜燃料电池，减少化石能源的利用，进一步降低碳排放，因此，电解水技术被认为是最适合搭配可再生能源发电的技术之一。当前的电解水技术大约可以分为三种，即：碱水电解、固体聚合物电解以及高温水电解。其中，碱水电解是最早兴起、且目前应用规模最大、技术最成熟的电解水技术，但碱水电解技术电解效率低、能耗高、功率小、设备维护成本高，需要对其进行改进。而高温电解水技术目前并不成熟，只存在于实验室级别。固体聚合物水电解具有能效高、工作电流密度大、无污染、结构紧凑容易放大等优点，是当前的研究热点。

2、然而，无论是碱水电解还是固体聚合物水电解，都需要合适的结构用于传到水气，并对水气进行分离。该结构还需要有一定的机械强度，以满足中高压操作下的机械性能。针对此，本专利设计了一种用于碱水电解或者固体聚合物水电解的双极板结构，该结构能够实现支撑、传导水气、气液分离等功能。

技术实现思路

1、本发明涉及一种电解水用双极板，通过隔膜以及阴阳极极板、阻隔板的设置，让其具备水气流通以及水气分离的目标。具体
技术实现要素：
如下：

2、本发明首先设计了一种水电解用双极板，所述双极板包括阳极板、阴极板和导电隔板，所述阳极板和/或阴极板上设有若干贯穿孔；所述贯穿孔覆盖有导气阻水隔膜；所述导电隔板具有流场结构；所述阳极板、阴极板和中间的导电隔板组合，构成水气流动通道，并具备水气分离能力；所述的水气流动通道有多种构型，与贯穿孔的数量有关；贯通孔的数量可以为1-10个，且阴阳极数量可以不一样，所构成的水气流动通道也相应改变；所述水气传输通道的大小用于调控接触电阻以及透水能力。

3、优选地，所述贯通孔为矩形孔或圆形孔；所述隔板流场结构为平行沟槽流场、蛇形流场(包括单流道、多流道)、点状流场、网状流场或者其他特殊的三维流场结构；所述极板阴阳极两侧的贯穿孔数量可以相同，也可以不相同。

4、优选地，所述阳极板或阴极板材质为碳、铁、不锈钢、铜、铝、钛、金、银、铂、钯中的一种；

5、优选地，所述贯穿孔处于双极板的有效面积中；所述水气流动通道的总面积与所在整个阳极板或阴极板的有效面积之比为0.01-0.99。

6、优选地，所述隔膜材质为聚四氟乙烯或无纺布等；所述隔膜要保证在两侧压差较小时，没有水能够透过隔膜。

7、优选地，所述贯穿孔四周有低于其余为止的平台，用于隔膜的密封；所述平台在隔膜配合后与其余位置保持相同高度。

8、本发明提供了一种水电解电堆，所述电堆两侧为端板，端板内侧是集流板，中间部分为上述的双极板、扩散层、膜电极依次层叠的结构。

9、优选地，所述扩散层为导电且疏水的多孔材料构成，可以是碳纸、碳布、多孔烧结金属等构成，其厚度约为0.05mm-2mm。

技术特征：

1.一种水电解双极板，所述双极板包括阳极板、阴极板和导电隔板，其特征在于，所述阳极板和/或阴极板上设有若干贯穿孔；所述贯穿孔覆盖有导气阻水隔膜；所述贯通孔的数量为1-10个；所述导电隔板具有流场结构，所述双极板与导电隔板组合，构成水气流动通道，并具备水气分离能力。

2.根据权利要求1所述的水电解双极板，其特征在于，所述阳极板或阴极板材质为碳、铁、不锈钢、铜、铝、钛、金、银、铂、钯中的一种；

3.根据权利要求1所述的水电解双极板，其特征在于，所述隔膜材质为聚四氟乙烯或无纺布。

4.根据权利要求1所述的水电解双极板，其特征在于，所述贯穿孔四周有低于其余为止的平台，用于隔膜的密封；所述平台在隔膜配合后与其余位置保持相同高度。

5.一种水电解电堆，其特征在于，所述电堆两侧为端板，端板内侧是集流板，中间部分为权利要求1-4任一所述的双极板、扩散层、膜电极依次层叠的结构。

6.根据权利要求5所述的水电解电堆，其特征在于，所述扩散层为导电且疏水的多孔材料构成，所述多孔材料包括碳纸、碳布、多孔烧结金属中的一种，所述多孔材料厚度为0.05mm-2mm。

技术总结
本发明提供了一种水电解双极板，所述双极板包括阳极板、阴极板和导电隔板，其特征在于，所述阳极板和/或阴极板上设有若干贯穿孔；所述贯穿孔覆盖有导气阻水隔膜；所述贯通孔的数量为1‑10个；所述导电隔板具有流场结构，所述双极板与导电隔板组合，构成水气流动通道，并具备水气分离能力。本发明提供的水电解双极板为集导气、导电、阻水功能于一体的具有内部气水分离功能的电解水双极板。

技术研发人员：迟军,刘聪,谢峰,尹立坤,俞红梅,韦世慧,王萌,孙凯,邵志刚
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13