[发明专利]用于电解池的复合流板

说明书

技术领域

在一个方面，本发明涉及一种在电解池中用作阳极电流收集器的流板。在另一个方面，本发明涉及一种电解池。在又一个方面，本发明涉及一种在堆叠池电解槽中用作双极电流收集器的双极分离器板，在又一个方面，本发明涉及一种堆叠池电解槽。更具体地，该流板、双极分离器板、电解池和堆叠池电解槽用于通过电解从水中产生氢。

背景技术

在由可持续和环境可适的替代手段取代基于烃和碳的电力生产中，例如在氢动力燃料电池中，氢是重要的元素。为了这个目的，可以通过使用诸如大气或光伏电源的可变能源产生氢，以产生和存储用于在需要时转为电力的氢。这消除了对安装替代的可再生电源的一个主要的异议，即电力常在不适当的时候产生且不能符合每日的电力需求变化。因此，一直在大力发展利于基于氢的能量产生和存储的技术。

在基于氢的能量概念中，一个重要的元素是电化学装置，其能将存储在氢中的化学能转换为电能(氢燃料电池)及反之地，通过由电解(水电解槽)从水中产生氢将电能转换为化学能以存储。

就提供商业可行设计和生产方法而言，这些年基于固态电解质的燃料电池已经相当成熟。发展的一个方面是朝向设计具有改进的双极分离器板的燃料电池堆，其中双极分离器板用作为阳极/阴极电流收集器和作为用于处理阴极侧及阳极侧流体流动的流板。这种双极流板以商业可行的成本制作，例如由基于碳/石墨的可模压的混合物制作。例如，欧洲专利EP1726061B1公开了一种用在基于固态聚合物电解质的燃料电池堆中的双功能双极分离器板。该双极分离器板在前面上具有阳极流场，在后面上具有阴极流场。该双极分离器板能利于反应物和热在反应表面的往复输送以维持电解转换过程以及排出反应产物。如该文献中所进一步地讨论地，在固态电解质技术的背景中，用于燃料电池的分离元件典型地由碳复合材料制作。

然而如上面提到的，基于氢的能量产生和存储的概念还要求用于通过产生氢来存储以将电能转换为化学能的合适的电解槽。氢以高压存储在气体存储器中，例如用于日后作为氢燃料电池中的燃料而使用。因此电解槽系统包含用于压缩由电解槽产生的氢的装置。在最优选的配置中，修改所谓的高压电解槽以直接产生高压氢，因此允许将电解槽排出的氢直接传输到存储容器中而不需要外部的压缩装置。由此能量转换系统的整体效率提高了。

虽然通过成熟的技术成功地降低了燃料电池堆的生产成本，但是相同的技术不能以直接的方式用到具有固态聚合物电解质的电解装置。相反，对用于通过电解从水中产生氢的电解装置的重新关注显示了对用于这种电解装置中的材料的无数挑战。例如，在水电解槽中阳极侧环境在水中包含氧的混合物，其在具有施加的电压的电池的工作环境下对大多数材料是强腐蚀的。特别地，通常用于PEM燃料电池中的上面提到的基于碳/石墨的流板根本不适合这种强腐蚀的阳极流体环境。因此不能仅仅以相反的模式操作现有的燃料堆来实现水电解。一种解决方法中，由耐腐蚀材料，诸如钛，取代基于碳/石墨的材料。然而，这种解决方法非常昂贵，除非特别专门的利基应用，其在大规模应用上不是商业可行的。而且，将钛成型为非常复杂的三维图案的流板是昂贵且费时的工作。这增加了成本且直接抵触于生产商业可行的装置要求的降低成本。

美国专利US4214969公开了一种用于堆叠电池水电解槽的双极分离器板。该双极分离器板由基于碳/石墨的混合物制作，且在分离器板的两侧具有用于分布和收集流体/气体的开口通道。双极分离器板的阳极侧表面由金属保护箔密封。粘贴该箔或以其他方式应用该箔以适应于包括突出部分、通道侧壁和通道底部的表面形貌。通过电解池的足够的水流量会要求流体通道有一定的横截面积。通过扩大通道能够实现这一要求。然而，宽的这种通道可能不能提供对MEA的足够的机械支持，特别当出现比阳极侧的压力高的阴极侧的压力时。而且，将厚度约为25μm的薄的金属箔适用在具有深且窄的通道形貌的流场图案上而不弄破该箔会是繁重并由此高花费的工作。而且，该公开的流场没有在MEA的表面上提供令人满意的水的分布，这引起热点和/或干斑，影响电解池的效率和寿命。

因此需要改进用于通过电解从水中产生氢的电解装置，其优选地被改为在高压下工作，其能可靠地长时间地工作，且其能以商业可行的成本生产。

本发明的一个目的是克服上面提到的已知的流板的缺点，或至少提供替代。

通过如独立权利要求1的流板实现该目的，其中优选的实施例由以下讨论的从属权利要求界定。