电化学装置的制作方法

本发明涉及电化学。具体地，本发明涉及一种用于进行水电解或水电解的逆过程的电化学装置，即水电解堆或燃料电池。

背景技术：

1、水电解堆是用于将水电解为氢气和氧气的装置。当今，由水电解堆制备氢气的技术在新能源领域得到广泛应用。如图1所示，水电解堆通常由两个端板1以及布置在两个端板1之间的若干电解单元组成。电解单元是水电解堆的关键部件，每个电解单元包括极板2、单元框架3、垫圈4、密封圈5、钛网6、钛毡7、碳纸8、钢板9以及涂覆有催化剂的质子交换膜(ccm)10等。水在电解单元中的质子交换膜10处发生电解反应，然后在阴极侧生成氢气，并且在阳极侧生成氧气。

2、当水电解堆的体积非常大时，整个系统会难以良好组装。每个电解单元由将近十个部件组成，在组装每个电解单元时，需要首先放置一侧的极板，然后组装钛网和钛毡，接下来再将单元框架与垫圈组装在一起，之后将密封圈件放置到凹槽中并且组装质子交换膜和碳纸，再组装钢网或钢板，最后组装另一侧的极板。在第一个电解单元组装完成之后，再类似地组装第二个电解单元，最后将所有部件组装成水电解堆。

3、然而，事实上每个部件都会存在加工公差，因此在组装电解单元的过程中就会出现公差积累。整个水电解堆需要将多达数十个电解单元组装在一起，总组装公差就会相当大，这对水电解堆而言是个严重的问题，可能会影响活性区域和密封区域的接触性能，最终降低电解效率并且引发泄漏。

4、此外，在燃料电池中通过氢气和氧气的化合反应来产生电能的过程是水电解的逆过程，进行这种电化学过程的电池单元的结构与水电解堆中的电解单元基本相同。因此，燃料电池的电池单元也存在与水电解堆的电解单元类似的问题。

技术实现思路

1、因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种改进的电化学装置。

2、上述技术问题通过根据本发明的一种电化学装置而得到解决。该电化学装置包括沿第一方向堆叠的一个或多个电化学单元，该一个或多个电化学单元用于进行水电解或水电解的逆过程，每个电化学单元包括分别在第一方向上位于相应的电化学单元的最外两侧的两个极板。其中，每个电化学单元还包括一个或多个夹紧件，每个夹紧件将相应的电化学单元的两个极板沿第一方向相对地夹紧，从而将相应的电化学单元整体地组装在一起。这种电化学装置(水电解堆或燃料电池)由一个或多个通过夹紧件预组装在一起的电化学单元(用于进行水电解的电解单元或用于进行水电解的逆过程的电池单元)构成，预组装的电化学单元便于组装，并且可以减小电化学装置整体的组装公差，降低电化学单元中的柔性部件在组装过程中变形移位的风险，从而提高组装精度。

3、根据本发明的一个优选实施例，每个电化学单元的每个极板可以包括从外周缘沿垂直于第一方向的平面凸起的一个或多个凸耳，每个夹紧件可以安装在相应的凸耳上。凸耳可以方便夹紧件的安装。

4、根据本发明的另一优选实施例，每个电化学单元的两个极板上的用于安装同一夹紧件的两个凸耳可以具有相同的形状和尺寸。两个极板上对应的两个凸耳可以沿第一方向对齐，从而便于夹紧件的安装。

5、根据本发明的另一优选实施例，每个电化学单元的每个极板可以包括从外周缘向内凹陷的一个或多个凹部，一个或多个凸耳分别形成在相应的凹部中。在垂直于第一方向的平面中，位于凹部中的凸耳优选地不突出到相应的凹部之外，从而不会扩大电化学单元的外轮廓尺寸。

6、根据本发明的另一优选实施例，每个电化学单元的两个极板可以在垂直于第一方向的平面中具有四边形轮廓(例如正方形或长方形)，每个电化学单元可以包括分布在四边形轮廓的四条边上的多个夹紧件。在四边形轮廓的四条边都设置有夹紧件可以确保电化学单元的各个部件稳定地夹紧在一起。

7、根据本发明的另一优选实施例，每个电化学单元的每个极板可以在沿第一方向面向相邻的另一电化学单元的侧表面上包括用于抵接相应的夹紧件的安装区域以及用于抵接另一电化学单元的主体区域，安装区域相对于主体区域沿第一方向降低或凹陷。夹紧件安装在凹陷的安装区域中，特别是在第一方向上不越过主体区域的表面，从而避免在多个电化学单元组装在一起时与相邻的电化学单元发生干涉。

8、根据本发明的另一优选实施例，该一个或多个夹紧件中的至少一个可以为螺旋弹簧，螺旋弹簧可以具有用于分别钩挂在相应的两个极板上的两个线圈末端。螺旋弹簧的两个线圈末端分别向两个极板施加相对的夹紧力，使得两个极板夹紧电化学单元的各个部件。

9、根据本发明的另一优选实施例，该一个或多个夹紧件中的至少一个可以为弹性环，弹性环可以围绕在沿第一方向对齐的两个相应的凸耳的外侧。弹性环例如可以由塑料或橡胶等弹性材料制成。弹性环的在两个凸耳之间延伸的部段可以形成为弯折部以增加弹性。

10、根据本发明的另一优选实施例，该一个或多个夹紧件可以由绝缘材料形成，例如塑料或橡胶等。或者，该一个或多个夹紧件的表面可以涂覆有绝缘层。在这种情况下，夹紧件与两个极板绝缘，从而不会导通电化学单元的两侧电极。

11、根据本发明的另一优选实施例，在电化学装置安装完成的状态下，该一个或多个夹紧件能够从相应的电化学单元移除。如果夹紧件与极板之间不绝缘，则在多个电化学单元组装在一起之后可以将夹紧件从电化学单元移除，从而避免在使用期间导电。

技术特征：

1.一种电化学装置，包括沿第一方向(d)堆叠的一个或多个电化学单元，所述一个或多个电化学单元用于进行水电解或水电解的逆过程，每个电化学单元包括分别在所述第一方向(d)上位于相应的电化学单元的最外两侧的两个极板(2)，

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，每个电化学单元的每个极板(2)包括从外周缘沿垂直于所述第一方向(d)的平面凸起的一个或多个凸耳(2a)，每个夹紧件(11)安装在相应的凸耳(2a)上。

3.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，每个电化学单元的两个极板(2)上的用于安装同一夹紧件(11)的两个凸耳(2a)具有相同的形状和尺寸。

4.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，每个电化学单元的每个极板(2)包括从外周缘向内凹陷的一个或多个凹部(2b)，所述一个或多个凸耳(2a)分别形成在相应的凹部(2b)中。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，每个电化学单元的两个极板(2)在垂直于所述第一方向(d)的平面中具有四边形轮廓，每个电化学单元包括分布在所述四边形轮廓的四条边上的多个夹紧件(11)。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，每个电化学单元的每个极板(2)在沿所述第一方向(d)面向相邻的另一电化学单元的侧表面上包括用于抵接相应的夹紧件(11)的安装区域(2d)以及用于抵接所述另一电化学单元的主体区域(2c)，所述安装区域(2d)相对于所述主体区域(2c)沿所述第一方向(d)降低或凹陷。

7.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述一个或多个夹紧件(11)中的至少一个为螺旋弹簧(11a)，所述螺旋弹簧(11a)具有用于分别钩挂在相应的两个极板(2)上的两个线圈末端。

8.根据权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述一个或多个夹紧件(11)中的至少一个为弹性环(11b)，所述弹性环(11b)围绕在沿所述第一方向(d)对齐的两个相应的凸耳(2a)的外侧。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述一个或多个夹紧件(11)由绝缘材料形成，或者，所述一个或多个夹紧件(11)的表面涂覆有绝缘层。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电化学装置，其特征在于，在所述电化学装置安装完成的状态下，所述一个或多个夹紧件(11)能够从相应的电化学单元移除。

技术总结
本发明涉及一种电化学装置。该电化学装置包括沿第一方向堆叠的一个或多个电化学单元，该一个或多个电化学单元用于进行水电解或水电解的逆过程，每个电化学单元包括分别在第一方向上位于相应的电化学单元的最外两侧的两个极板。其中，每个电化学单元还包括一个或多个夹紧件，每个夹紧件将相应的电化学单元的两个极板沿第一方向相对地夹紧，从而将相应的电化学单元整体地组装在一起。本发明的电化学装置便于组装。

技术研发人员：李定,冀转,韦剑飞,刘鑫,于庆峰
受保护的技术使用者：舍弗勒技术股份两合公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16