实验用电解水制氢设备及其电极组件的制作方法

本申请涉及电解水制氢的，特别涉及一种实验用电解水制氢设备及其电极组件。

背景技术：

1、水电解通过施加电能，在催化剂作用下，将水分解成氢气和氧气。根据工作温度和所用电解质的类型来区分，目前主要有四种不同类型的水电解技术路线：碱性水电解、质子交换膜水电解、阴离子交换膜水电解和固体氧化物水电解。

2、与其他电解水技术相比，碱性水电解槽技术最为成熟，且不含贵金属，成本低，同时还具有工作寿命长的优势，这使得碱性水电解技术成为现阶段电解水制氢市场最主要的技术路线。

3、碱性水电解槽中两相流(产生的气体/电解液)的流体动力学特性强烈影响系统的性能。特别是大电流密度运行条件下产生的气泡对电解槽反应过程中的离子迁移、质量传输、系统优化和效率具有多重和关键的作用，引起电解槽电流密度和温度场存在区域差，导致电解水反应不均匀、电解效率下降。而目前电解槽只能对单室电解进行检测，单室电压测试采样位置在每一块双极板侧边上，只能测每个小室的平均电压，对电解槽内部不同区域局部电压无法进行测试。而电解槽在运行过程中，内部会产生大量的气体，气体在溶液中以气泡的形式向上运动，就会使得上部气体体积分数相对于下部大一些，这种现象会造成小室上部电阻值与下部的电阻值不一样，这种差异会影响整个电极和隔膜的性能及使用寿命。如果无法测试电解槽内局部电压，就无法准确了解气泡分布对电解槽内部上下电阻值差异的影响，进而无法进一步优化电解槽内部相关设计。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种实验用电解水制氢设备及其电极组件，以解决现有技术中电解水制氢设备只能测每个电解小室的平均电压，对设备内部不同区域的局部电压无法进行独立检测的的技术问题。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种实验用电解水制氢设备的电极组件，所述实验用电解水制氢设备包括极板，包括：

3、多片电极本体，相邻设置的两片电极本体之间彼此间隔设置并沿所述极板高度方向排布；和，

4、多片导流电芯，一片所述导流电芯与一片所述电极本体导电连接，所述导流电芯与所述极板连接。

5、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述导流电芯与所述电极本体可拆卸连接，所述电极本体至少有一侧设有第一安装部，所述导流电芯的一端设有第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部可拆卸连接。

6、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述第一安装部为设置在所述电极本体一侧的折弯部，所述折弯部与所述电极本体之间的夹角为锐角，所述第二安装部为安装槽，所述折弯部卡合在所述安装槽内。

7、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，还包括电极压块，所述电极压块的宽度小于所述第一安装部的宽度，所述电极压块的长度大于所述第一安装部的长度并小于所述导流电芯与所述第一安装部连接一侧的长度，所述电极压块设置在所述折弯部上，所述电极压块的两端与所述导流电芯固定连接，以将所述折弯部与所述安装槽的内壁压紧。

8、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，还包括连接法兰，所述连接法兰设置在所述导流电芯上，将所述导流电芯与所述极板连接。

9、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备的电极组件中，所述导流电芯与所述电极本体固定连接。

10、另一方面，本申请还提供了一种实验用电解水制氢设备，包括两端的极板、隔膜和上述的电极组件，两个极板之间设置密封件，所述隔膜设置在两个极板之间，将两个极板之间分隔成两个电解小室；沿着所述电解水制氢设备竖直方向上在每个电解小室内均间隔设置有多个所述电极组件；每个电极组件的导流电芯至少部分凸出于所述极板的边缘；其中位于不同的电解小室内的电极组件一一对应设置。

11、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，位于同一高度且位于不同电解小室的两个电极组件的导流电芯设置在所述电解水制氢设备的同一侧；其中，位于同一侧且位于同一高度的两个导流电芯分别用于和外部电源的正负极连接。

12、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述极板采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成。

13、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述极板采用金属料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成，所述电极压块和所述连接法兰的表面设有绝缘套。

14、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述每个电解小室内的电极组件不少于4个。

15、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，位于同一个所述电解小室内相邻的两个所述电极组件的导流电芯分别位于所述电解水制氢设备的两侧。

16、可选的，在所述的实验用电解水制氢设备中，所述电解水制氢设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述极板的远离所述导流电芯的一侧上，并与该导流电芯位于同一高度。

17、与现有技术相比，本申请提供一种实验用电解水制氢设备的电极组件，通过将电解水制氢设备的电极设置为多片电极本体，每片电极本体上设有一片导流电芯，这样可以使得电解水制氢设备的电极可以分成多个独立的实验区域。同一高度的两个导流电芯分别连接同一个外部电源的正负极，使得电极在电解时形成多个独立可检测的空间，这样可以对电解水制氢设备内部不同区域的局部电压进行检测。由于电解水制氢设备在电解小室的不同高度气泡聚集的程度存在差异，得到每个区域电压后，那么也就准确的得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，那么就可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜的使用寿命的提高提供保障。

技术特征：

1.一种实验用电解水制氢设备的电极组件，所述实验用电解水制氢设备包括极板，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述导流电芯与所述电极本体可拆卸连接，所述电极本体至少有一侧设有第一安装部，所述导流电芯的一端设有第二安装部，所说第一安装部与所述第二安装部可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述第一安装部为设置在所述电极本体一侧的折弯部，所述折弯部与所述电极本体之间的夹角为锐角，所述第二安装部为安装槽，所述折弯部卡合在所述安装槽内。

4.根据权利要求3所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，还包括电极压块，所述电极压块的宽度小于所述第一安装部的宽度，所述电极压块的长度大于所述第一安装部的长度并小于所述导流电芯与所述第一安装部连接一侧的长度，所述电极压块设置在所述折弯部上，所述电极压块的两端与所述导流电芯固定连接，以将所述折弯部与所述安装槽的内壁压紧。

5.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，还包括连接法兰，所述连接法兰设置在所述导流电芯上，将所述导流电芯与所述极板连接。

6.根据权利要求1所述的实验用电解水制氢设备的电极组件，其特征在于，所述导流电芯与所述电极本体固定连接。

7.一种实验用电解水制氢设备，其特征在于，包括两端的极板、隔膜和权利要求1-6任意一项所述的电极组件，两个极板之间设置密封件，所述隔膜设置在两个极板之间，将两个极板之间分隔成两个电解小室；沿着所述电解水制氢设备竖直方向上在每个电解小室内均间隔设置有多个所述电极组件；每个电极组件的导流电芯至少部分凸出于所述极板的边缘；其中位于不同的电解小室内的电极组件一一对应设置。

8.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，位于同一高度且位于不同电解小室的两个电极组件的导流电芯设置在所述电解水制氢设备的同一侧；其中，位于同一侧且位于同一高度的两个导流电芯分别用于和外部电源的正负极连接。

9.根据权利要求7所述的电解水制氢设备，其特征在于，所述极板采用耐腐蚀耐高温的非导电材料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成。

10.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述极板采用金属料制成，所述电极压块和所述连接法兰均采用金属材料制成，所述电极压块和所述连接法兰的表面设有绝缘套。

11.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述每个电解小室内的电极组件不少于4个。

12.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，位于同一个所述电解小室内相邻的两个所述电极组件的导流电芯分别位于所述电解水制氢设备的两侧。

13.根据权利要求7所述的实验用电解水制氢设备，其特征在于，所述电解水制氢设备还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述极板的远离所述导流电芯的一侧上，并与该导流电芯位于同一高度。

技术总结
本申请提供了一种实验用电解水制氢设备及其电极组件，通过将电解水制氢设备的电极设置为多片电极本体，每片电极本体上设有一片导流电芯，这样可以使得电解水制氢设备的电极可以分成多个独立的实验区域。同一高度的两个导流电芯分别连接同一个外部电源的正负极，使得电极在电解时形成多个独立可检测的空间，这样可以对电解水制氢设备内部不同区域的电压进行检测。由于电解水制氢设备在电解小室的不同高度气泡聚集的程度存在差异，得到每个区域电压后，那么也就准确得到电解小室内的气泡的分布对其内部电阻的影响，那么就可以为电解小室内的电极和流场的优化设计提供支持，以提高电解水制氢设备的性能，以及对电极和隔膜的使用寿命的提高提供保障。

技术研发人员：姚昌晟,古俊杰,刘宇博,崔配配
受保护的技术使用者：海德氢能源科技（江苏）有限公司
技术研发日：20230812
技术公布日：2024/4/7