一种含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元的制作方法

1.本发明涉及电解水制氢设备技术领域，具体涉及一种含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元。


背景技术：

2.氢气是一种同时具备物质属性和能量属性的能源载体，并在工业生产、电的能量载体、电合成燃料、供热以及交通领域发挥着重要的作用，涉及能源的各个领域，在全球脱碳中具有较高的潜在市场价值。质子交换膜水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在质子膜阳极侧金属隔板接电源正极，质子膜阴极侧金属隔板接电源负极，单节直流电压约为1.5v～2v。水分子在膜电极电极上发生电化学反应，在膜电极阳极侧生成氧气，在阴极侧生成氢气。
3.现有的电解单元金属隔板的反应区与公共口之间的连接通道，通过钻圆形孔或者直接开连接槽，造成加工困难或者加工成本居高不下和密封效果无法达到要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种密封性好的含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元。
5.一种含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元，所述电解单元包括依次相互匹配的金属隔板的阴极面、连接通道盖板、密封圈、膜电极、密封圈、连接通道盖板和金属隔板阳极面。
6.进一步地，所述该连接通道盖板设有至少2个定位公槽。
7.进一步地，所述连接通道盖板的材质为钛合金ta1或者不锈钢316l，也可采用常用工程塑料或者树脂如psu、pom、ptfe、peek等。连接通道盖板的厚度为0.1-0.5mm。具体来说，连接通道盖板可以避免在压力情况下，阳极公共口连接通道脊对阴极侧密封圈支撑不一致导致阴极侧的氢气发生泄漏。同理阴极连接通道盖板的作用防止阳极侧的电解水发生泄漏。
8.进一步地，所述金属隔板上两面均设有与密封圈相互匹配的密封槽。
9.进一步地，所述金属隔板阴极面设有装配碳纸沉台和与定位公槽匹配的定位母槽。电解单元工作时，膜电极阴极侧生成氢气并且填充金属隔板阴极面与膜电极形成的阴极腔体。通过氢气出口排出，进行收集。
10.进一步地，所述金属隔板阳极面设有阳极流道和与定位公槽匹配的定位母槽。电解单元工作时，膜电极阳极侧生成氧气，并且与电解水共同充满金属隔板阳极面与膜电极阳极侧形成的阳极腔体，阳极面的氧气不溶于水，可以通过电解水的出口和电解水一起排出，然后在外部管道和设备进行水气分离。
11.进一步地，所述膜电极两侧的密封圈、连接通道盖板和金属隔板在水平面上呈90
°
错位布置。
12.进一步地，所述金属隔板上设有位置相对的电解水入口和电解水出口与两个位置相对的氢气出口a和氢气出口b，所述的电解水入口和电解水出口与氢气出口a和氢气出口b在水平面上呈90
°
错位布置。
13.进一步地，所述金属隔板与连接通道盖板焊接或胶粘成一个整体。具体来说，阳极侧连接通道金属盖板与金属隔板上的定位母槽以及连接通道脊通过焊接方式进行固定，焊接方式为激光焊，也可采用粘接胶粘接，确保金属盖板与金属隔板连接成一体。若盖板材质为工程塑料，则连接方式为粘接胶粘接方式。
14.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
15.与现有技术相比，本发明提供一种具有支撑作用且密封性好的含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元，可以避免出现连接通道金属盖板的连接通道脊对密封圈支撑不一致，而出现氢气或电解水的泄露。
附图说明
16.图1为本发明中电解水用连接通道盖板的示意图；
17.图2为本发明中电解单元的示意图；
18.图3为本发明中金属隔板阳极侧的示意图；
19.图4为图2中k1区域的放大示意图；
20.图中标号所示：10-金属隔板；101-电解水入口；102-电解水出口；103-氢气出口a；104-氢气出口b；105-密封槽；106-阳极流道；107-螺栓装配孔；108-金属隔板阳极侧安装面；109-定位母槽；110-连接通道脊；20-连接通道盖板；201-定位公槽；30-密封圈；40-膜电极。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
22.实施例1
23.如图1-4所示，一种含有连接通道盖板的质子交换膜水电解制氢单元，电解单元包括依次相互匹配的金属隔板10的阴极面、连接通道盖板20、密封圈30、膜电极40、密封圈30、连接通道盖板20和金属隔板10阳极面。
24.连接通道盖板20设有至少2个定位公槽201，材质为钛合金ta1，厚度为0.1-0.5mm。金属隔板10上两面均设有与密封圈30相互匹配的密封槽105。金属隔板10的阴极面设有装配碳纸沉台和与定位公槽201匹配的定位母槽108。金属隔板10的阳极面设有阳极流道106和与定位公槽201匹配的定位母槽109。膜电极40两侧的密封圈30、连接通道盖板20和金属隔板10在水平面上呈90
°
错位布置。金属隔板10上设有位置相对的电解水入口101和电解水出口102与位置相对的两个氢气出口103，电解水入口101和电解水出口102与两个氢气出口103在水平面上呈90
°
错位布置。
25.本发明的工作原理：将连接通道盖板20与金属隔板10阳极侧的定位母槽109和连接通道脊110通过焊接方式固定在一起，将连接通道盖板20与金属隔板10阴极侧的定位母
槽109通过焊接方式固定在一起。之后，按照依次相互匹配的金属隔板(10)的阴极面、连接通道盖板(20)、密封圈(30)、膜电极(40)、密封圈(30)、连接通道盖板(20)和金属隔板(10)阳极面的顺序，通过螺栓装配孔107固定成一个完整的电解单元。电解单元工作时，质子膜阴极侧对这金属属隔板10的阴极面生成氢气，并填充质子膜与金属隔板阴极面形成的腔体，从氢气出口103流出；电解单元工作时，电解水从公共口101进入膜电极阳极侧与金属隔板10阳极面形成的阳极腔体，膜电极阳极侧生成氧气并且与电解水共存于阳极腔体，与多余的电解水通过阳极流道106从电解水出口102流出，因为有连接通道盖板20的存在，平衡了流股对密封圈施加的压力，使得氢气在阴极腔体高压状态存在和氢气出口a103和氢气出口b104排出，电解水通过电解水入口101和电解水出口102流动过程中，不会发生泄露。
26.实施例2
27.实施例2与实施例1操作条件基本相同，不同之处在于，连接通道盖板为材质为不锈钢316l。
28.实施例3
29.实施例3与实施例1操作条件基本相同，不同之处在于，连接通道盖板为工程塑料pom，金属隔板10和连接通道盖板20的固定方式为胶粘。
30.实施例4
31.实施例4与实施例3操作条件基本相同，不同之处在于，连接通道盖板为工程塑料psu。
32.实施例5
33.实施例5与实施例3操作条件基本相同，不同之处在于，连接通道盖板为工程塑料ptfe。
34.实施例6
35.实施例6与实施例3操作条件基本相同，不同之处在于，连接通道盖板为工程塑料peek。
36.对比例1
37.对比例1与实施例1的操作条件基本相同，不同之处在于无连接通道盖板20，经试验，在电解单元工作200小时后，出现了电解水和氢气的泄露。
38.与现有技术相比，本发明提供一种密封性好的含有连接通道盖板的电解单元，可以避免出现连接通道金属盖板的连接通道脊对密封圈支撑不一致，而出现氢气或电解水的泄露。
39.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。