本發(fā)明屬于電解質(zhì)制氫，更具體地說，是涉及一種pem水電解槽結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著對(duì)氫能領(lǐng)域的投入增加，氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，行業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈材料的需求增長。pem水電解槽以固體質(zhì)子交換膜pem為電解質(zhì)，以純水為反應(yīng)物。由于pem電解質(zhì)氫氣滲透率較低，產(chǎn)生的氫氣純度高，僅需脫除水蒸氣，工藝簡單，安全性高，電解槽采用零間距結(jié)構(gòu)，歐姆電阻較低，顯著提高電解過程的整體效率，且體積更為緊湊，壓力調(diào)控范圍大，氫氣輸出壓力可達(dá)數(shù)兆帕，適應(yīng)快速變化的可再生能源電力輸入。其中電解槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電解槽的整體發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。雙極板主要作用有傳導(dǎo)氣體和冷卻水(同時(shí)作為反應(yīng)物)、傳遞導(dǎo)電解電流和電堆產(chǎn)熱的傳導(dǎo)等，擴(kuò)散層是質(zhì)子交換膜和雙極板之間的多孔介質(zhì)，液/氣兩相流體通過雙極板通道被輸送到催化劑層，在那里水在催化劑陽極分解為電子、氣體和質(zhì)子。氣體通過催化劑層和雙極板流道回流到分離板，然后離開電解槽。電子通過氣體擴(kuò)散層(gdl)、雙極板(bpp)和外部到達(dá)陰極側(cè)。同時(shí)質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜(pem)到達(dá)陰極，在那里它們與電子反應(yīng)生成氫氣。然后h2流經(jīng)陰極擴(kuò)散層并離開電池。只要維持水流和電解條件，h2/o2就會(huì)持續(xù)生產(chǎn)。但現(xiàn)有雙極板加工成本高昂，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，pem電解槽中雙極板的材料和制造成本約占整個(gè)電解槽成本一半，因此降低雙極板的制造成本是促進(jìn)pem電解水制氫技術(shù)普及的重要措施之一。另外，電解槽的密封件是電解槽的主要部件，密封性的好壞在很大程度上決定著電解槽性能的好壞，直接影響整個(gè)電解水制氫系統(tǒng)的安全性及可靠性。但普通密封件的密封性能難以得到保證，因此，如何使電解槽的結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，密封性能更好就是值得深究的問題。目前是將流道設(shè)計(jì)在雙極板上，然后通過蝕刻或者機(jī)加的方式將流道制造出來，一方面使得現(xiàn)有雙極板加工成本高昂，另一方面在電解槽裝配過程中因雙極板流道位置沒有支撐作用常常會(huì)使擴(kuò)散層發(fā)生形變，導(dǎo)致電解槽的性能變差。且目前的pem電解槽都是由許多電解單元串聯(lián)而成，裝配時(shí)將一個(gè)個(gè)零散的部件一件一件疊加起來后再用端板和螺桿夾緊，這使得電解槽的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，若其中一個(gè)部件存在問題或者裝配不當(dāng)就會(huì)嚴(yán)重影響電解槽的性能，導(dǎo)致pem電解槽無法大規(guī)模發(fā)展，是現(xiàn)階段生產(chǎn)pem電解槽的缺陷。

2、現(xiàn)有技術(shù)中有名稱為“電解槽”、公開號(hào)為“cn116043250a”的技術(shù)，該技術(shù)包括依次設(shè)置的陰極端板、陰極絕緣層、電解單元、陽極絕緣層以及陽極端板，電解槽上設(shè)有第一通氣通道、第二通氣通道、第一通液通道和第二通液通道，各通道的橫截面呈三角形；從陰極端板至陽極端板方向，電解小室包括依次設(shè)置的陰極板、陰極密封圈、陰極氣體擴(kuò)散層、隔膜、陽極氣體擴(kuò)散層以及陽極板，陰極板包括陰極面，陽極板包括陽極面，電解小室之間串聯(lián)部位的陰極板和陽極板組成雙極板，陰極面與陰極氣體擴(kuò)散層之間組成陰極反應(yīng)腔，陽極面與陽極氣體擴(kuò)散層之間組成陽極反應(yīng)腔，第一通氣通道和第一通液通道與陰極反應(yīng)腔連通，第二通氣通道和第二通液通道與陽極反應(yīng)腔連通；陰極反應(yīng)腔和陽極反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流通道。

3、然而，該技術(shù)沒有涉及本技術(shù)的技術(shù)問題和技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將雙極板與擴(kuò)散層燒結(jié)為一體，簡化結(jié)構(gòu)，避免擴(kuò)散層形變，同時(shí)解決傳統(tǒng)雙極板機(jī)械加工流道成本過高問題的pem水電解槽結(jié)構(gòu)。

2、要解決以上所述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、本發(fā)明為一種pem水電解槽結(jié)構(gòu)，雙極板為平板結(jié)構(gòu)，雙極板一端設(shè)置貫通的進(jìn)水口，雙極板另一端設(shè)置貫通的出水口，雙極板一面的凹坑內(nèi)布置第一擴(kuò)散層，雙極板另一面的凹坑內(nèi)布置第二擴(kuò)散層，第一擴(kuò)散層外側(cè)表面設(shè)置多道流道，第二擴(kuò)散層外側(cè)表面設(shè)置多道流道，第一擴(kuò)散層外表面連接第一框架，第一框架和第一擴(kuò)散層之間設(shè)置第一密封件，第二擴(kuò)散層外表面連接第二框架，第二框架和第二擴(kuò)散層之間設(shè)置第二密封件，雙極板與對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散層燒結(jié)為一體式結(jié)構(gòu)，每個(gè)框架與對(duì)應(yīng)的密封件硫化為一體式結(jié)構(gòu)。

4、所述的雙極板為工業(yè)純鈦制成的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散層為燒結(jié)鈦板制成的結(jié)構(gòu)。

5、所述的雙極板一面的凹坑和進(jìn)水口之間設(shè)置第一凸起臺(tái)部，雙極板一面的凹坑和出水口之間設(shè)置第二凸起臺(tái)部，雙極板另一面的凹坑和進(jìn)水口之間設(shè)置第一凸起臺(tái)部，雙極板另一面的凹坑和出水口之間設(shè)置第二凸起臺(tái)部。

6、所述的第一擴(kuò)散層的多道流道一端連通對(duì)應(yīng)的第一凸起臺(tái)部，第一凸起臺(tái)部連通進(jìn)水口，第一擴(kuò)散層的多道流道另一端連通對(duì)應(yīng)的第二凸起臺(tái)部，第二凸起臺(tái)部連通出水口。

7、所述的第二擴(kuò)散層的多道流道一端連通對(duì)應(yīng)的第一凸起臺(tái)部，第一凸起臺(tái)部連通進(jìn)水口，第二擴(kuò)散層的多道流道另一端連通對(duì)應(yīng)的第二凸起臺(tái)部，第二凸起臺(tái)部連通出水口。

8、所述的第一框架中間設(shè)置開口部，第一密封件沿開口部邊沿設(shè)置，第一密封件包括進(jìn)水口密封部和出水口密封部。

9、所述的第二框架中間設(shè)置開口部，第二密封件沿開口部邊沿設(shè)置，第二密封件包括進(jìn)水口密封部和出水口密封部。

10、所述的第一擴(kuò)散層表面的流道通過燒結(jié)方式在平板結(jié)構(gòu)的燒結(jié)鈦板的第一擴(kuò)散層表面形成；第二擴(kuò)散層表面的流道通過燒結(jié)方式在平板結(jié)構(gòu)的燒結(jié)鈦板的第二擴(kuò)散層表面形成。

11、所述的雙極板一面的凹坑的深度等于第一擴(kuò)散層厚度，雙極板另一面的凹坑的深度等于第二擴(kuò)散層厚度。

12、所述的第一框架通過螺釘與雙極板一面連接，第二框架通過螺釘與雙極板另一面連接。

13、采用本發(fā)明的技術(shù)方案，工作原理及有益效果如下所述：

14、本發(fā)明所述的pem水電解槽結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)置時(shí)，雙極板材料為工業(yè)純鈦，雙極板為一塊平鈦板結(jié)構(gòu)，雙極板上不存在流道結(jié)構(gòu)，免去機(jī)械加工帶來的成本增加及材料浪費(fèi)問題，中間預(yù)留一塊凹坑位置用于放置燒結(jié)鈦氈，在雙極板靠近兩端設(shè)計(jì)進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口和出水口分別與擴(kuò)散層上的流道聯(lián)通，在流道進(jìn)出口位置設(shè)置導(dǎo)流區(qū)域，導(dǎo)流區(qū)域設(shè)計(jì)凸起小圓臺(tái)(凸起臺(tái)部)，用于支撐對(duì)應(yīng)的密封件。擴(kuò)散層適用于電解槽的陰陽兩極，擴(kuò)散層的材料為燒結(jié)鈦板，在燒結(jié)鈦板形成的擴(kuò)散層上設(shè)計(jì)流道，流道一端與雙極板上的進(jìn)水口連接，流道另一端與雙極板上的出水口連接。在擴(kuò)散層上設(shè)計(jì)好流道，然后燒結(jié)形成帶有流道的擴(kuò)散層，該設(shè)計(jì)解決了傳統(tǒng)雙極板上機(jī)械加工流道所帶來的成本過高的問題。雙極板僅為一塊鈦板，上面設(shè)置進(jìn)水口和出水口，帶有流道的擴(kuò)散層分布裝配在雙極板的兩面，固定在對(duì)應(yīng)的凹坑內(nèi)，擴(kuò)散層的進(jìn)水口和出水口分別與雙極板的進(jìn)水口和出水口相通。將雙極板1與擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)燒結(jié)為一體，簡化了電解槽的結(jié)構(gòu)。每個(gè)框架與對(duì)應(yīng)的密封件硫化一體化，現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)包括六個(gè)組件，本發(fā)明將六個(gè)組件簡化為三個(gè)組件，極大程度的優(yōu)化了電解槽的結(jié)構(gòu)，使電解槽在裝配時(shí)更加簡單方便。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于：1、雙極板僅為一塊純鈦板，不需要機(jī)械加工流道，設(shè)置進(jìn)水口和出水口；2、直接在擴(kuò)散層上設(shè)計(jì)流道；3、將擴(kuò)散層與雙極板燒結(jié)一體化；4、將框架(極框)與密封件硫化一體化；5、簡化了電解槽的結(jié)構(gòu)。