[发明专利]一种用于纯水SPE电解水器的兼具供水和冷却双功能的极板及流场

说明书

本发明公开了一种用于纯水SPE电解水器的兼具供水和冷却双功能的极板及流场。极板材料选用石墨板或金属板，阳极流场设计采用单道或者多道蛇形流场，每条流场通道从阳极的流体导入口蛇形至阳极出口，流体通过时，流体沿着蛇形通道，布满整个阳极表面，使电解水器阳极极板流体与薄膜电极充分接触，达到稳定供水，从而使得电解稳定，同时实现电极的有效冷却。阴极采用栅栏型并行通道设计，产生的氢气可从阴极出口快速排出并带走部分热量。极板边缘设置固定槽，方便用于极板与膜电极的组装及电解水器的扩展。应用本极板及流场的SPE电解水器，在同样电流密度下，能显著提高电解水器的电解性能，实现温度的有效控制。

技术领域

本发明涉及纯水固体聚合物电解质（SPE）电解制氢技术领域，具体是涉及一种用于纯水SPE电解水器的兼具供水和冷却双功能的极板及流场。

背景技术

纯水SPE电解制氢技术是指纯水在电解水器中电解产生氢气的技术。由于使用固体聚合物膜作为电解质，因此，无需添加碱或者酸作为电解质。通常是将催化剂粘结在固体聚合物电解质的正反两面构成电极的阳极和阴极。将薄膜电极置于两块极板（阳极和阴极）之间，通电即可分解水，在阴极得到氢气，在阳极得到氧气。

在电解纯水的过程中，纯水能够均匀和充分地供应到电极的每一个区域，对于提高电解水器的效率和实现电极的长寿命非常重要；同时，通过阳极侧纯水的循环也是实现电极及电池有效冷却和电池温度控制的有效途径。

电解水器的极板及流场设计直接影响纯水的充足供应、薄膜电极与纯水的有效接触、氧气和氢气的及时排出及电解水器的有效冷却，从而影响电解水器的电解性能。通常在极板及流场设计中需要满足如下要求：

1纯水进出口有较小的压降，可以降低对电解水器外围设备的性能要求，有效减少能量的消耗，如可以选用功率小的液泵。

2电解水器极板及流场在阳极极板流场、阴极极板流场、阳极流场进口、阳极流场出口、阴极流场出口的流场通道布局合理，既可以达到稳定供水使得电解稳定，又可以实现电极的有效冷却，防止电极温度过高而损坏。

3电解水器的极板及流场的氢气侧和氧气侧要隔离，防止产生的氢氧气体混合，在保证SPE电解水器的安全的同时，又能保证氢气的纯度。

4电解水器的极板及流场要保证各个极板的独立性，可以根据需要增加和减少极板的数量而不影响电解水器的整体结构性能。

在有大量气流产生的情况下，目前的极板及流场设计常常不能保证纯水在电极表面的均匀分布及充分供给，使得电极表面出现“空白区”， 严重降低了电极及电解池的电解效能。另一方面，目前的电解器中阳极侧的水流常常也扮演冷却介质的角色，通过水的循环带出电解池中的热量，而目前的流场设计中，水流不能均匀地流过整个电极，出现大量滞留区，使得电极不能得到均匀和有效的冷却，导致电解池性能下降。

中国发明专利105839136 A公开了一种用于SPE电解的中心对称式辐射状双极板流场结构，但是，这种流场在有大量气体产生的情况下，气体不能及时有效地排出；气体的占位阻碍纯水在电极表面的均匀分布，形成“空白区”，进而影响电极的有效散热。中国发明专利 103806014A采用改进的平行流场弯头设计可以改进流场散热，但同样存在由于产生气体不能及时排出而造成纯水在电极表面不能均匀分布的缺陷。

发明内容

针对现有流场存在的不足, 本发明提出用于纯水SPE电解水器的兼具供水和冷却双功能的极板及流场。

本分明技术方案如下。