一种车载氢燃料电池电解发生槽的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车载氢燃料电池电解发生槽，包括：在密封设置的槽体中依次叠置的阳极钛极板、离子交换膜和阴极钛极板，其中阳极钛极板、阴极钛极板与离子交换膜之间均有密封绝缘硅胶隔开极细密封空腔，其特征是，加压板压紧的将所述阳极钛极板、所述离子交换膜和所述阴极钛极板紧密压实在一起，水管连通到所述离子交换膜，氧气管和氢气管分别贯穿的连通到所述阴极钛极板和所述阳极钛极板。本发明利用多孔裂纹的显微结构的固体聚合物电解质阳离子交换膜作为阴阳电极板之间的介质，能够有利于电解质的水解接触面积，以及水解过程，同时采用加压板将电极板和离子交换膜之间压紧的方式安装电解槽，这样能够减小介质电阻率，减少槽体的发热量。
【专利说明】
—种车载氢燃料电池电解发生槽
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车载氢燃料电池电解发生槽，属于氢能源【技术领域】，尤其涉及一种车载氢燃料电池电解发生槽。
【背景技术】
[0002]传统汽车行业普遍仍以汽油柴油等不可再生能源，作为燃料产生动力，而其中通过汽柴油的燃烧所产生的化学能在转化为动能的同时，根据国内外的相关研究及测定，70%左右的能量通过高温及燃烧不充分的尾气排放及各管路的热能耗散而浪费掉了。众所周知，化石燃料的广泛利用所带来的尾气排放不仅给环境带来了严重的负担，而且，其不可再生的特性及目前较高的不可替代性导致汽车的使用成本逐年上升。世界各国家及地区，如美国也好，欧盟地区也好，在碳排放的问题上越来越重视，国内对节能减排的重视程度也上升到了国家战略的高度，对相关产品的扶植及政策倾斜的力度也是空前的加强。
[0003]在考虑环保、利用耗散能量及最大化燃烧的化学能效率等节能减排的方案上，鉴于氢能源的可再生性，纯水排放无污染性及高能量转化率，氢能源的利用对于传统燃油具有良好的辅助甚至替代特性。传统燃油辅以氢氧气体辅燃助燃，可以提高热能-动能转换效率，提升燃油利用率，减少尾气排放，降低环境负担，是能源利用领域必然经过的发展途径之一。
[0004]氢气燃烧热能是汽油的三倍，燃烧速度是汽油的5倍，具有较高的热能和较快的燃烧速度。添加氢气到发动机，其燃烧可有效缩短发动机滞燃期，减少发动机热量损耗，明显提高发动机的动能转化效率。同时发动机供气中氧气含量增加，燃料分子与氧气分子接触的机会增加，使得燃烧更加完全，从而有效提高燃料利用率。而供气中氮气的含量相对下降，内燃机排气总量减少，排气中带出的热量也相应减少。氢气燃烧产物为无污染的纯水，富氧环境促进碳烟及有害气体的氧化，降低颗粒物和有害气体的排放。通过修正ECU数据，减少喷油量，可以使发动机动力增强或保持不变，来达到节油效果。
【发明内容】
[0005]本发明采取一种压紧的方式设置两个极板及其之间的交换膜的车载氢燃料电池电解发生槽，本发明的技术方案为:
如图1-4所示，一种车载氢燃料电池电解发生槽，包括:在密封设置在槽体中依次叠置的阳极钛极板、离子交换膜和阴极钛极板，其特征是，加压板压紧的将所述阳极钛极板、所述离子交换膜和所述阴极钛极板紧密压实在一起，水管连通到所述离子交换膜，氧气管和氢气管分别贯穿的连通到所述阴极钛极板和所述阳极钛极板。
[0006]本发明的一种较佳实施例为，所述阴极钛极板和所述阳极钛极板之间，除去所述离子交换膜以外的面积上涂有绝缘胶，所述离子交换膜和所述绝缘胶共同组成一层介质，所述介质能够避免所述阴极钛极板与所述阳极钛极板的直接电连接。
[0007]本发明的一种较佳实施例为，在所述加压板作用下，所述介质厚度被压缩，压缩状态下的所述介质厚度为4-6微米。
[0008]本发明的一种较佳实施例为，所述槽体为带有盖板的密封盒体结构，所述阴极钛极板和所述阳极钛极板均设有一电极伸出所述槽体外，所述氧气管、所述氢气管和所述水管均周向边缘密封的通入所述槽体内部。
[0009]本发明的一种较佳实施例为，所述盖板上螺旋连接有若干个顶紧螺丝，所述顶紧螺丝一端能够螺纹移动的顶向所述加压板。
[0010]本发明的一种较佳实施例为，所述盖板上均匀排布有10个所述顶紧螺丝，10个所述顶紧螺丝能够为所述加压板提供4吨的压力，所述压力用于将所述阴极钛极板、所述离子交换膜和所述阳极钛极板压紧在所述槽体底板上。
[0011]本发明的一种较佳实施例为，所述阳极钛极板与所述加压板之间或者所述阳极钛极板与所述槽体底板之间设有一层高强度尼龙绝缘板。
[0012]本发明的一种较佳实施例为，所述氢气管贯穿的连通所述阴极钛极板一侧通到所述离子交换膜，所述氧气管贯穿的连通所述阳极钛极板一侧通到所述离子交换膜。
[0013]本发明的一种较佳实施例为，所述水管从所述阳极钛极板一侧通入所述电解槽，且所述水管贯穿所述阳极钛极板连通到所述离子交换膜。
[0014]本发明的一种较佳实施例为，所述离子交换膜的显微结构为多孔裂纹结构，所述离子交换膜为固体聚合物电解质阳离子交换膜。
[0015]本发明的一种较佳实施例为，所述槽体和所述加压板均由淬火钢材制成。
[0016]本发明的一种较佳实施例为，所述阳极与阴极钛极板均有特殊防氧化、抗电解涂层防止极板被氧化，电解，保持极板活性。
[0017]本发明的一种较佳实施例为，所述阴极钛极板和所述阳极钛极板与所述槽体绝缘的固定在一起。
[0018]本发明所达到的有益效果:本发明利用多孔裂纹的显微结构的固体聚合物电解质阳离子交换膜作为阴阳电极板之间的介质，能够有利于电解质的水解接触面积，以及水解过程，同时采用加压板将电极板和离子交换膜之间压紧的方式安装电解槽，这样能够减小介质电阻率，减少槽体的发热量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明优选实施例的主视图；
图2是本发明优选实施例的后视图；
图3是本发明优选实施例的横截面剖视图；
图4是本发明优选实施例的绝缘胶与离子交换膜在极板上的位置分布图；
图中:1、槽体，2、阳极钛极板，3、阴极钛极板，4、离子交换膜，5、氧气管，6、氢气管，7、水管，8、绝缘胶，9、加压板，10、尼龙绝缘板，11、底板，12、盖板，13、电极，14、顶紧螺丝，15、紧固螺丝。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0021]一种车载氢燃料电池电解发生槽，包括:在密封设置在槽体I中依次叠置的阳极钛极板2、离子交换膜4和阴极钛极板3，加压板9压紧的将阳极钛极板2、离子交换膜4和阴极钛极板3紧密压实在一起，水管7连通到离子交换膜4，氧气管5和氢气管6分别贯穿的连通到阴极钛极板3和阳极钛极板2。
[0022]本发明的一种实施例中，螺纹连接有10个顶紧螺丝14的盖板12与加压板9组成的压紧结构将阳极钛极板2、离子交换膜4和阴极钛极板3层叠的设置在槽体I中，使得两个极板之间间隙较小(约5微米)，在加压板作用下，介质或离子交换膜4的厚度被压缩，压缩状态下的介质或离子交换膜4的厚度为4-6微米，优选5微米。这样极板与离子交换膜4之间能够紧密接触，此种方式能够有效减小离子交换膜4作为极板间介质的介质电阻率，有利于减小电解槽的发热量，提高电解效率，将电能有效的对水进行电解，而不是产生热量消耗浪费掉；水管7、氧气管5和氢气管6分别就近连接到槽体I内，有利于电解液进入到离子交换膜4，有利于氧气和氢气分别的输出。
[0023]本发明的盖板12上螺旋连接有若干个顶紧螺丝14，顶紧螺丝14 一端能够螺纹移动的顶向加压板9。盖板的边缘与槽体通过紧固螺丝固定连接，若干个紧固螺丝均匀的环绕盖板边缘一周排布。
[0024]盖板12上均匀排布有10个顶紧螺丝14，10个顶紧螺丝14能够为加压板提供4吨的压力，压力用于将阴极钛极板、离子交换膜和阳极钛极板压紧在槽体底板上。
[0025]阴极钛极板3和阳极钛极板2之间，除去离子交换膜4以外的面积上涂有绝缘胶8，离子交换膜4和绝缘胶8共同组成一层介质，介质能够避免阴极钛极板3和阳极钛极板2之间直接电连接。这样有利于压紧的放置阳极钛极板2、离子交换膜4和阴极钛极板3，防止通电后，两电极13之间形成通路，使得电解槽失效。
[0026]加压板9将阳极钛极板2、离子交换膜4和阴极钛极板3紧密压实在槽体I的底板11上，阳极钛极板2与加压板9之间或者阳极钛极板2与底板11之间设有一层尼龙绝缘板10，有效的减小了电解回路的电阻，提高了电解效率。加压板9和槽体I的底板11能够共同从相对的两个方向对电极13板和离子交换膜4进行压紧，结构更加稳定，尼龙绝缘板10的设置有利于避免加压板9和阳极钛极板2直接电连接或加压板9和阴极钛极板3直接电连接，从而使得电解槽失效或者效能下降，同时尼龙材质的尼龙绝缘板10具有很强的韧性和弹性，能够有效传递加压板9的压力，使得压实更加紧密。
[0027]槽体I为带有盖板12的密封盒体结构，阴极钛极板3和阳极钛极板2均设有一电极13伸出槽体I外，氧气管5、氢气管6和水管7均周向边缘密封的通入槽体I内部。盖板12有利于提高槽体I的密封性能够，防止电解液或者气体外泄；伸出去的电极13有利于接通外接电源线，氧气管5和氢气管6有利于气体的输出。
[0028]氢气管6贯穿的连通阴极钛极板3 —侧通到离子交换膜4，氧气管5贯穿的连通阳极钛极板2 —侧通到离子交换膜4。这样在离子交换膜4靠近阴极钛极板3 —侧产生的氢气能够容易被收集到氢气管6内并输出，在离子交换膜4靠近阳极钛极板2 —侧产生的氧气能够容易被收集到氧气管5内并输出。
[0029]水管7从阳极钛极板2 —侧通入电解槽，且水管7贯穿阳极钛极板2连通到离子交换膜4。水管7有利于将电解液顺利注入到离子交换膜4内，并与氧气管5形成一定程度的互通循环结构，气体、水蒸气甚至小部分的电解液能够从氧气管5输出。
[0030]槽体I和加压板9均由钢材制成。钢材质强度较高，相对不易腐蚀，也不易变形，能够保证压紧状态的电极13板和离子交换膜4的紧实度，同时能够保证电解槽的密封性能。
[0031]阴极钛极板3和阳极钛极板2与槽体I绝缘的固定在一起，离子交换膜4的显微结构为多孔裂纹结构，有利于增加电解质与离子交换膜4的以及电极板之间的接触面积，使得电解效率得以提闻。
[0032]离子交换膜4为固体聚合物电解质阳离子交换膜是发生电解的主要场所，配合电极电场力作用，氢离子可通过隔膜上的微孔到达阴极，形成氢气。相比传统碱性电解制氢气的燃料电池技术，采用离子交换膜电解效率提高10倍以上，能耗减小5倍以上，且杜绝了有害的碱性废液，环保无污染。
[0033]阳极钛极板3与阴极钛极板2上涂覆有特殊的抗氧化、抗电解的纳米保护涂层，增大极板表面积，增强极板对气体的吸附能力，最大限度的保持电极板的活性。
[0034]本发明利用固体聚合物电解质阳离子交换膜，通过独有金属纳米颗粒催化剂及催化剂覆膜专有工艺，转化车船发电机所产生的盈余电能电解产生氢氧气体，智能调节氢氧气体比例，重新注入发动机，达到减少发动机内部积碳，提高发动机的工作效率、降低热能损耗、高效节油、增强马力、减少废气排放及延长发动机寿命等作用。空气进气管及油箱入口配置纳米材料制作的氢氧分子雾化器，使氢氧分子纳米化，增强氢氧气体活力，提高氧分子对燃油的承载量。产生的氧气同时可用于车室内供氧，保持车内空气清新，缓解高原及恶劣天气情况下人体不适反应。本产品属于氢能源领域，主要定位于有一定年限的营运车船使用上，为客户降低长途油耗成本20°/Γ30%，有巨大的潜在市场。
[0035]氢气燃烧热能是汽油的三倍，燃烧速度是汽油的5倍，具有较高的热能和较快的燃烧速度。添加氢气到发动机，其燃烧可有效缩短发动机滞燃期，减少发动机热量损耗，明显提高发动机的动能转化效率。同时发动机供气中氧气含量增加，燃料分子与氧气分子接触的机会增加，使得燃烧更加完全，从而有效提高燃料利用率。而供气中氮气的含量相对下降，内燃机排气总量减少，排气中带出的热量也相应减少。氢气燃烧产物为无污染的纯水，富氧环境促进碳烟及有害气体的氧化，降低颗粒物和有害气体的排放。通过修正ECU数据，减少喷油量，可以使发动机动力增强或保持不变，来达到节油效果。
[0036]基于SPE离子交换膜技术的便携车载氢燃料电池，在国内来讲属于新兴技术。而将此技术与控制系统集成，配套到营运车船，将产生的氢氧气体输入到发动机辅燃助燃，达到节能减排增强动力的目的，更是极其罕见。相比传统水电解制氢，SPE氢燃料电池技术具有下列优点:
不需要添加碱性电解质，纯水制氢，无腐蚀，无污染。
[0037]槽电压低，槽内阻低，热损耗低。
[0038]氢气纯度高，产量稳定。
[0039]电解效率高，能效可达95%以上。
[0040]采用纳米颗粒的电催化剂具有如下优点:
Α、电极板对气体的吸附能力很强，从而具有高催化活性；
B、属热的良导体，且易形成合金；
C、独特膜表面纳米加工技术，形成独特多孔多裂纹的显微结构，大幅提高电催化剂催化效率； D、在酸性环境中有很高的稳定性。
[0041]而将SPE电解制氢技术与控制系统结合，其独特性和竞争优势主要体现在以下两大方面。
[0042]电解槽部分:
A、独有工艺制备附加金属催化剂的电解薄膜。
[0043]B、独特导电结构设计，防止电解薄膜对电极13造成机械损伤。电极13结构的巧妙设计，保证电解效率。
[0044]C、电极板的特殊表面处理，使电解槽使用寿命大幅延长。
[0045]本发明的在实验阶段已经达到:电解槽供电电压及使用功率稳定，1200CC出气总量的整机重量小于25kg。
[0046]普通水电解产生氢气,按是否使用碱电解液,可以分为两类。不使用碱液，因为水的电阻很大，将会有很大一部分的电能浪费在加热水上(约90%);而使用碱液的话，因为碱液的强腐蚀性，又会对环境产生很大污染。两者都不太可能用于车船有效的节能减排上。而SPE电解膜技术可以同时解决这两个问题。
[0047]本发明使用时，通常采用多个电解槽电串联的方式设置在一起，并通过统一的供水系统，以及将电解产生的氢气和氧气通过汇集到一个分别统一的气路中输出，并送达车船的发动机内，助燃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种车载氢燃料电池电解发生槽，包括:在密封设置在槽体中依次叠置的阳极钛极板、离子交换膜和阴极钛极板，其特征是，加压板压紧的将所述阳极钛极板、所述离子交换膜和所述阴极钛极板紧密压实在一起，水管连通到所述离子交换膜，氧气管和氢气管分别贯穿的连通到所述阴极钛极板和所述阳极钛极板。
2.根据权利要求1所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述阴极钛极板和所述阳极钛极板之间，除去所述离子交换膜以外的面积上涂有绝缘硅胶，所述离子交换膜和所述绝缘胶共同组成一层介质，所述介质能够避免所述阴极钛极板与所述阳极钛极板的直接电连接。
3.根据权利要求2所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，在所述加压板作用下，所述介质厚度被压缩，压缩状态下的所述介质厚度为4-6微米。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述槽体为带有盖板的密封盒体结构，所述阴极钛极板和所述阳极钛极板均设有一电极伸出所述槽体外，所述氧气管、所述氢气管和所述水管均周向边缘密封的通入所述槽体内部。
5.根据权利要求4所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述盖板上螺旋连接有若干个顶紧螺丝，所述顶紧螺丝一端能够螺纹移动的顶向所述加压板。
6.根据权利要求5所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述盖板上均匀排布有10个所述顶紧螺丝，10个所述顶紧螺丝能够为所述加压板提供4吨的压力，所述压力用于将所述阴极钛极板、所述离子交换膜和所述阳极钛极板压紧在所述槽体底板上。
7.根据权利要求1或5或6所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述阳极钛极板与所述加压板之间或者所述阳极钛极板与所述槽体底板之间设有一层高强度尼龙绝缘板。
8.根据权利要求4所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述氢气管贯穿的连通所述阴极钛极板一侧通到所述离子交换膜，所述氧气管贯穿的连通所述阳极钛极板一侧通到所述离子交换膜。
9.根据权利要求4所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述水管从所述阳极钛极板一侧通入所述电解槽，且所述水管贯穿所述阳极钛极板连通到所述离子交换膜。
10.根据权利要求1或2或3后5或6或8或9所述的一种车载氢燃料电池电解发生槽，其特征是，所述离子交换膜的显微结构为多孔裂纹结构，所述离子交换膜为固体聚合物电解质阳离子交换膜。
【文档编号】H01M8/06GK104300166SQ201410565081
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】李相鹏, 黄海波, 陈立国, 任子武, 杨浩, 汝长海, 钱树楼, 刘吉柱, 孙立宁 申请人:苏州大学