[发明专利]异型集电器、PEM电解水制氢装置及电解水制氢的方法

说明书

本发明提供了一种异型集电器、PEM电解水制氢装置及电解水制氢的方法，所述异型集电器包括：第一通道，由多孔基体构成；第二通道，沿多孔基体顶面形成的流道或垂直于多孔基体顶面形成的直穿孔；所述第一通道和第二通道共同形成气液传输通道所述异型集电器为一种具备燃料电池与水电解池流场板与气液扩散层作用的异型集电器器件，能够达到去成本，优化燃料电池与水电解池结构的目的。

【技术领域】

本发明涉及PEM氢燃料电池与PEM水电解池的双极板及扩散层领域，尤其涉及一种异型集电器、PEM电解水制氢装置及电解水制氢的方法。

【背景技术】

车载燃料电池汽车近年来得到了国家的大力支持，然后其应用受限于制氢，储氢，和燃料电池技术的发展，其中PEM燃料电池和PEM水电解制氢技术是关键，需要对于这两种技术中的关键材料和部件开展研究，实现高性能，长寿命以及低成本制造。

典型的PEM水电解池主要部件包括阴阳极双极板、阴阳极扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜等。其中，双极板起固定电解池组件，引导电的传递与水、气分配等作用；扩散层起集流，促进气液的传递等作用。PEM燃料电池是PEM水电解池的逆过程，结构类似，由于阴阳极环境不同，导致两极使用的材料不同。

目前双极板的研究主要集中在两个方面：材料上，各种基体的加工制备与各种防腐涂层，结构上，流场设计，这里只谈结构设计。双极板流道形式包括平行流道、蛇形流道、点状流道、交指型流道、仿生学流道、3D结构流道及其复合式流道等。

中国专利公开号CN 105908212 A，名称为“采用复合式流场的SPE电解池模块及其电解水制氢的方法”的专利申请，公开了一种采用复合式流场的SPE电解池模块，能大幅提升纯水扩散性与双极板排氧能力，具有沿程压降小，流道面积大，工作效率高的优点。但这种做法会使SPE电解池的成本增加，加工难度提高。

在PEM燃料电池与PEM水电解池中，在许多研究中，扩散层使用了钛板栅/网/毡，碳纸和不锈钢栅板，但其电化学性能都比多孔钛板低。

文献“Performance Modeling and Current Mapping of Proton ExchangeMembrane Electrolyzer Cells with Novel Thin/Tunable Liquid/Gas DiffusionLayers”中Kang等人提出了一种新型薄的可调节气液扩散系数的扩散层，与传统的钛毡相比厚度降低至25μm。通过在钛箔上蚀刻出圆孔，使扩散层具有不同的直穿孔，当孔径为400μm，孔隙率为0.7时能取得较好的性能。

文献“Optimization of porous current collectors for PEM waterelectrolysers”中Grigoriev等人提出制备多孔钛板的球形粉末的最佳粒度值为50-75μm，使用这种粒度的钛颗粒进行热烧结能得到孔隙率为0.5的多孔钛扩散层，其气液传输能力良好。

为了解决双极板和扩散层的导电性，防腐性，气液分配均匀等问题，通过设计不同流道形式的双极板，不同结构的扩散层，耐腐蚀性涂层的制备，使用不同材料和加工方式来解决这些问题，因此就使PEM燃料电池与PEM水电解池的成本始终居高不下。另外双极板和扩散层部件复杂，不易于组装，同时两者之间接触电阻，使电池内阻增大，这些问题亟待解决。

因此，有必要研究一种异型集电器、PEM电解水制氢装置及电解水制氢的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种异型集电器、PEM电解水制氢装置及电解水制氢的方法，所述异型集电器为一种具备燃料电池与水电解池流场板与气液扩散层作用的异型集电器器件，能够达到去成本，优化燃料电池与水电解池结构的目的。

一方面，本发明提供一种异型集电器，所述异型集电器包括：