本申請涉及電解水制氫,具體涉及一種電解水制氫裝置。
背景技術(shù):
1、目前,在質(zhì)子交換膜(proton?exchange?membrane,pem)電解槽雙極板陰陽極流場設(shè)計中,存在多種類型的流道,如平行直流道、折線型流道、波浪線型流道、點陣型流道等。這些類型的流道所對應(yīng)的流場可以實現(xiàn)較低的流阻,可以滿足大電流密度下的水的傳輸。但是,在超過2a/cm2的大電流密度下,隨著反應(yīng)界面的氣體量的增加,這些類型的流場不能充分和及時地將反應(yīng)水傳輸至反應(yīng)界面,導(dǎo)致傳質(zhì)阻抗增加,并非理想的流場類型,電解水制氫效率較低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請?zhí)峁┝艘环N電解水制氫裝置,以提升電解水制氫效率。
2、本申請?zhí)峁┝艘环N電解水制氫裝置,包括陽極部、電解部和陰極部,所述電解部用于發(fā)生電解反應(yīng),所述陽極部和所述陰極部分別設(shè)置在所述電解部的兩側(cè)。所述陽極部和所述陰極部中的至少一者包括流場層,所述流場層通過流體擴散層與所述電解部接觸,所述流場層具有多個流道,多個所述流道陣列排布,所述流道的延伸方向與所述電解部的垂向呈夾角。
3、在一個具體的可實施方案中,所述流道的延伸方向與所述電解部的垂向之間的夾角為α,其中,10°≤α≤90°。
4、在一個具體的可實施方案中,所述流場層包括多個拱形結(jié)構(gòu),所述拱形結(jié)構(gòu)的軸向與所述電解部的垂向呈夾角。所述多個拱形結(jié)構(gòu)在所述流場層的長度方向上排列形成多個拱形結(jié)構(gòu)組,且每個所述拱形結(jié)構(gòu)組包括在所述流場層的寬度方向上排列的多個拱形結(jié)構(gòu);在所述流場層的長度方向上,相鄰所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)錯位設(shè)置。
5、在一個具體的可實施方案中,所述拱形結(jié)構(gòu)的軸向與所述電解部的垂向之間的夾角為β,其中,10°≤β≤90°。
6、在一個具體的可實施方案中,在一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的兩個相鄰拱形結(jié)構(gòu)中,一個拱形結(jié)構(gòu)的一端通過過渡結(jié)構(gòu)與另一個拱形結(jié)構(gòu)的一端連接。在所述流場層的長度方向上的兩個相鄰所述拱形結(jié)構(gòu)組中,一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)的中間部分與另一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的過渡結(jié)構(gòu)連接。
7、在一個具體的可實施方案中,在所述流場層的寬度方向上,一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)、另一個相鄰的所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)和流體擴散層的投影圍成三角形。
8、在一個具體的可實施方案中,所述流場層朝向所述流體擴散層的一側(cè)具有多個第一接觸面,所述流場層通過所述多個第一接觸面與流體擴散層接觸。每個所述第一接觸面與一個所述流道的出口所在端面連接。
9、在一個具體的可實施方案中,所述第一接觸面包括第一弧形邊和第二弧形邊,所述第一弧形邊的半徑大于所述第二弧形邊的半徑,所述第一弧形邊的軸向和所述第二弧形邊的軸向相平行,所述第一弧形邊的兩端和所述第二弧形邊的兩端分別連接。
10、在一個具體的可實施方案中,所述陽極部和所述陰極部中的至少一者包括支撐層,所述支撐層具有多個通孔,多個所述通孔陣列排布。所述流場層通過所述支撐層與所述流體擴散層接觸。
11、在一個具體的可實施方案中,電解水制氫裝置還包括分隔部,所述陽極部背離所述陰極部的一側(cè)設(shè)置有所述分隔部,和/或,所述陰極部背離所述陽極部的一側(cè)設(shè)置有所述分隔部。所述分隔部與所述流場層背離所述流體擴散層的一側(cè)接觸。
12、在一個具體的可實施方案中,所述流場層朝向所述分隔部的一側(cè)具有多個第二接觸面,所述流場層通過所述多個第二接觸面與分隔部接觸。每個所述第二接觸面與一個所述流道的入口所在端面連接。
13、在一個具體的可實施方案中,所述第二接觸面包括第三弧形邊和第四弧形邊,所述第三弧形邊的半徑大于所述第四弧形邊的半徑,所述第三弧形邊的軸向和所述第四弧形邊的軸向相平行,所述第三弧形邊的兩端和所述第四弧形邊的兩端分別連接。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本申請的有益效果為:
15、本申請?zhí)峁┑碾娊馑茪溲b置,設(shè)置有多個傾斜流道的流場層形成一個獨立的三維空間水氣通道,使得反應(yīng)水在裝置內(nèi)具有一種三維有序化流場,能夠在較大的水流量下保證較小的壓降,可以在電解部表面提供額外的對流能力,降低傳質(zhì)阻抗,加速反應(yīng)界面的水氣交換,提高制氫效率。
1.一種電解水制氫裝置,其特征在于,包括陽極部、電解部和陰極部,所述電解部用于發(fā)生電解反應(yīng),所述陽極部和所述陰極部分別設(shè)置在所述電解部的兩側(cè);
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述流道的延伸方向與所述電解部的垂向之間的夾角為α,其中,10°≤α≤90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述流場層包括多個拱形結(jié)構(gòu),所述拱形結(jié)構(gòu)的軸向與所述電解部的垂向呈夾角;
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述拱形結(jié)構(gòu)的軸向與所述電解部的垂向之間的夾角為β,其中,10°≤β≤90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解水制氫裝置,其特征在于,在一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的兩個相鄰拱形結(jié)構(gòu)中,一個拱形結(jié)構(gòu)的一端通過過渡結(jié)構(gòu)與另一個拱形結(jié)構(gòu)的一端連接;
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的電解水制氫裝置,其特征在于,在所述流場層的寬度方向上,一個所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)、另一個相鄰的所述拱形結(jié)構(gòu)組的拱形結(jié)構(gòu)和流體擴散層的投影圍成三角形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述流場層朝向所述流體擴散層的一側(cè)具有多個第一接觸面,所述流場層通過所述多個第一接觸面與流體擴散層接觸;
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述第一接觸面包括第一弧形邊和第二弧形邊,所述第一弧形邊的半徑大于所述第二弧形邊的半徑,所述第一弧形邊的軸向和所述第二弧形邊的軸向相平行,所述第一弧形邊的兩端和所述第二弧形邊的兩端分別連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述陽極部和所述陰極部中的至少一者包括支撐層,所述支撐層具有多個通孔,多個所述通孔陣列排布;
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫裝置,其特征在于,還包括分隔部,所述陽極部背離所述陰極部的一側(cè)設(shè)置有所述分隔部,和/或,所述陰極部背離所述陽極部的一側(cè)設(shè)置有所述分隔部;
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述流場層朝向所述分隔部的一側(cè)具有多個第二接觸面,所述流場層通過所述多個第二接觸面與分隔部接觸;
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電解水制氫裝置,其特征在于,所述第二接觸面包括第三弧形邊和第四弧形邊,所述第三弧形邊的半徑大于所述第四弧形邊的半徑,所述第三弧形邊的軸向和所述第四弧形邊的軸向相平行,所述第三弧形邊的兩端和所述第四弧形邊的兩端分別連接。