一种高密封强度的质子交换膜电解水制氢设备的制作方法

本申请涉及电解制氢设备，更具体来说涉及一种使用质子交换膜并且具有很高的密封强度的电解水制氢的设备。

背景技术：

1、使用质子交换膜(pem)电解水制氢的技术是目前正在蓬勃发展的一类电解水制氢技术，尽管pem电解堆与燃料电池电堆在结构、内部环境等存在较大的相似性，如数百单元堆叠、高氧气含量、高湿度、酸性环境等，但从设备密封的方面来讲，pem电解堆存在更大的挑战性，其阳极采用更高的电位(1.5-2.0v甚至更高)、使用更大量的液态水(数十至数百倍反应水量)、更高的组装力等，上述情况对于pem电解堆的密封强度提出了更高的要求。pem电解水制氢在无额外加压过程下的产氢压力普遍在3mpa左右。目前本领域的生产厂商普遍希望能够更高效地生产高压氢气，同时还希望能够将pem电解水装置同时作为高压氢气储存场所，因此对电解槽密封性能进一步提出了超高要求。此外，pem电解槽结构还需要在保持所需的供水、气体排出功能的同时保持上述高压密封性能，所有这些需求给pem电解水制氢设备提出了极为严苛的要求。

2、为了解决上述问题，人们投入了大量的成本和精力对pem制氢设备各部件进行了新的设计和优化，但是取得的成果仍然是极为有限的。迄今为止，人们仍然迫切希望开发一种能够解决上述技术问题的新设计。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请的发明人进行了长期的研究，开发出一种具有精密设计的水线结构的pem电解水制备氢气的设备，从而解决了现有技术的上述问题。

2、本申请提供了一种高密封强度的质子交换膜电解水制氢设备，该设备包括质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极扩散层、阴极扩散层、阳极极框、阴极极框、阳极密封垫片、阴极密封垫片、阳极极板和阴极极板，所述阳极极框和阴极极框的横截面分别具有至少一条凸起的水线结构。

3、根据本申请的一个实施方式，所述阳极极框和阴极极框的横截面每一侧分别具有2-6条水线结构。

4、根据本申请的另一个实施方式，所述具有选自以下的横截面形状：锯齿形、正弦曲线形、交替连续的半圆形、交替连续的椭圆形、交替连续的矩形、交替连续的正方形、以及上述形状的组合。

5、根据本申请的另一个实施方式，每一条水线结构的横截面形状具有凸部、凹部以及深度，所述阳极极框和阴极极框具有横截面端部厚度。

6、根据本申请的另一个实施方式，所述凸部的长度与凹部的长度之比为6:1至1:6，所述凸部的长度与深度之比为10:1至1:1，所述凸部的长度与端部厚度之比为5:1至1:5。

7、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极极框和阴极极框具有彼此相同的形状，并且二者的形状选自：具有圆形开口的圆框、具有圆形开口的方框、具有方形开口的方框、具有椭圆形开口的椭圆框、具有椭圆形开口的方框。

8、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极极框和阴极极框具有彼此相同的尺寸，其外框尺寸与开口尺寸之比为30:10至12:10。

9、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极密封垫片和阴极密封垫片分别与所述阳极极框和阴极极框对齐设置。

10、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极密封垫片的厚度与所述阳极极框的厚度之比为1:10至1:2，并且所述阴极密封垫片的厚度与所述阴极极框的厚度之比为1:10至1:2。

11、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极极框和阴极极框中设置有入水孔、出水孔、进气孔和出气孔。

12、根据本申请的另一个实施方式，所述阳极极框和阴极极框由金属制成。

13、根据本申请的另一个实施方式，该设备还包括阳极端板和阴极端板。

技术特征：

1.一种高密封强度的质子交换膜电解水制氢设备，该设备包括质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极扩散层、阴极扩散层、阳极极框、阴极极框、阳极密封垫片、阴极密封垫片、阳极极板和阴极极板，

2.如权利要求1所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框各自的横截面每一侧分别具有2-6条水线结构。

3.如权利要求1所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框分别具有选自以下的横截面形状：锯齿形、正弦曲线形、交替连续的半圆形、交替连续的椭圆形、交替连续的矩形、交替连续的正方形、以及上述形状的组合。

4.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，每一条水线结构的横截面形状具有凸部、凹部以及深度，所述阳极极框和阴极极框具有横截面端部厚度，

5.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框具有彼此相同的形状，并且二者的形状选自：具有圆形开口的圆框、具有圆形开口的方框、具有方形开口的方框、具有椭圆形开口的椭圆框、具有椭圆形开口的方框。

6.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框具有彼此相同的尺寸，其外框尺寸与开口尺寸之比为30:10至12:10。

7.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极密封垫片和阴极密封垫片分别与所述阳极极框和阴极极框对齐设置；

8.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框中设置有入水孔、出水孔、进气孔和出气孔。

9.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框由金属制成。

10.如权利要求1-3中任一项所述的制氢设备，其特征在于，该设备还包括阳极端板和阴极端板。

技术总结
本申请提供了一种高密封强度的质子交换膜电解水制氢设备，该设备包括质子交换膜、阳极催化层、阴极催化层、阳极扩散层、阴极扩散层、阳极极框、阴极极框、阳极密封垫片、阴极密封垫片、阳极极板和阴极极板，其特征在于，所述阳极极框和阴极极框的横截面分别具有至少一条凸起的水线结构。本申请的制氢设备通过采用极框上的水线结构，能够在显著降低制造成本的同时有效地解决了设备中氢气和氧气窜气的问题，以及电解槽单元结构漏水和漏气的问题，有效地推动了电解槽的商业化。

技术研发人员：魏屹东,孙荣江,李海千,王鑫,魏宏艳,贺文博
受保护的技术使用者：上海岚泽能源科技有限公司
技术研发日：20230808
技术公布日：2024/3/21