CN115044925A - 一种碱性电解制氢电极组件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，包括如下步骤：准备符合要求的支撑单元以及双极板、极框、副电极、隔膜，首先将双极板与极框进行一体化装配，然后将支撑单元焊接在双极板上下表面，再将副电极焊接在支撑单元上，最后固定安装隔膜。本发明通过布设支撑单元保证了双极板与副电极之间的可靠接触；同时，不仅能够降低电子回路的电阻，还能够精确控制电子回路的电阻，提高了电流密度的均匀性。此外，简化了电极组件的组装程序，降低了电解槽组装的难度，提高了组装效率。
Description
技术领域
本发明涉及电解槽领域，尤其是涉及一种碱性电解制氢电极组件的制备方法。
背景技术
碱性电解槽通常由若干串联的电解室组成，单个电解室内一般包括双极板、极框以及副阴极/副阳极，相邻双极板之间还设置有隔膜；其中，双极板采用深冲铁板，依靠大吨位的压机在表面制造凹凸结构，并和碳素钢极板框通过焊接连接；副电极为采用镍网，一般会喷有雷尼镍，并经过碱液活化，其通过接触双极板的凸起的结构维持和双极板之间的电子回路；双极板之间通过垫片和隔膜分别起到绝缘和分离氢氧气体的作用。
但鉴于加工精度的限制以及在组装过程垫片可能的变形，均导致副电极与双极板无法达到良好的接触状态；同时，由于镍表面的氧化镍，氢化镍和氢氧化镍的存在，会使接触电阻较大而导致副极板电压较高、电流密度不均匀，无法发挥其应有的作用，甚至可能发生槽内打火，压迫隔膜导致串气，以致***的安全隐患。
此外，双极板除了使用这种凹凸板结构外，也出现了通过拉伸网来替代凹凸结构的做法。拉伸网采用焊接的工艺来支持电子回路的传导，但是由于镍网的横向导电能力较差，而镍网和拉伸网之间无法布置高密度的焊点，甚至都没有焊接，相当一部分的电流仍然通过接触传导，依然无法有效解决接触不良的问题，且电流密度提升有限，无法有效降低电解能耗。同时焊接工艺的导入存在破坏镀镍层的风险，导致电解槽长期工作存在一定隐忧。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种碱性电解制氢电极组件的制备方法。
本发明的主要内容包括：
一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，所述碱性电解制氢电极组件包括双极板、极框以及副电极、隔膜；所述制备方法包括如下步骤：
S1.按照设计要求准备双极板和极框，所述极框包括贯穿上下表面的收容空间以及开设在其上表面或下表面的安装凹槽，所述双极板安装在所述收容空间内；所述双极板的上下表面为平面；
S2.准备若干支撑单元，将若干所述支撑单元依次焊接在所述双极板的上下表面；
S3.将所述副电极焊接在所述支撑组件上；
S4.将所述隔膜安装在所述安装凹槽内。
优选的，所述极框为金属材质，所述双极板焊接在所述收容空间内。
优选的，所述极框为塑料材质，所述双极板一体注塑在所述收容空间内。
优选的，单个所述支撑单元包括呈柱状的镍柱，S2包括如下子步骤：
S21.准备按照计算出的尺寸设计的所述镍柱；
S22.将若干所述镍柱依次均匀焊接在所述双极板的上下表面；
其中，所述镍柱的数量以及规格由电解槽的电流密度和总电流的大小确定。
优选的，单个所述支撑单元包括呈柱状的镍柱和呈条状的镍条，S2包括如下子步骤：
准备所需尺寸的镍柱和镍条，所述镍条的宽度小于等于10mm；
根据电解槽的电流密度和总的电流大小，计算所需镍柱的数量；
将若干所述镍柱依次焊接在所述双极板的上下表面；
将若干所述镍条沿所述电解液流通的方向或者垂直于电解液流通的方向焊接在所述镍柱上。
优选的，所述隔膜通过PTEE压条固定在所述安装凹槽内。
优选的，S2中焊接在所述双极板上表面和下表面的支撑单元对称布设。
优选的，所述极框上开设有若干安装定位孔。
本发明的有益效果在于：本发明提出了一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，通过布设支撑单元保证了双极板与副电极之间的可靠接触；同时，不仅能够降低电子回路的电阻，还能够精确控制电子回路的电阻，提高了电流密度的均匀性。此外，简化了电机组件的组装程序，降低了电解槽组装的难度，提高了组装效率。
附图说明
图1为本发明电极组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
请结合图1，本发明提出了一种碱性电解制氢电极组件，其包括成型在极框7的中部收容空间内的双极板2、焊接在所述双极板板上下表面的支撑单元以及通过所述支撑单元与所述双极板可靠接触的副电极(图中未示出)；其中，所述极框7的上表面或者下表面上开设有一圈不连续的安装凹槽5，用于固定安装隔膜，以绝缘相邻的电极组件，同时，所述极框的上表面对称开设有两组气液流通孔，其下表面上开设有一个碱液流通孔；此外，所述极框上开设有若干安装定位孔，所述安装定位孔起到防呆的作用。
在其中一个实施例中，所述双极板可以采用镍材料制成，也可以使用非镍材料制作，若使用非镍材料则在焊接了支撑单元之后还需要进行电镀或者化学镀镍。
在其中一个实施例中，所述极框可以采用金属材质或者塑料材料支撑，若采用金属材质，则可将双极板与之焊接密封组合，而若采用塑料材质的极框，可以通过一体注塑的方式将二者密封组合，也可以用密封圈将极框分解成上下两部分组合在一起。
本发明中采用支撑单元来替代现有的凹凸结构以及拉伸网，具体地，所述支撑单元包括若干镍柱3，所述镍柱3直接焊接在所述双极板2的上下表面，在其中一个实施例中，通过镍柱3将镍网(也即副电极)焊接其上，保证了电解液的正常流通即可。
更进一步地，为了降低电子回路的电阻，在所述镍柱3上布设用于电子传导的镍条4，使得所述镍柱3主要起到支撑作用，保证电解液的正常流通，而所述镍条4用于传导电子，实现与镍网的低阻抗连接。
其中，所述镍条4的布设规格根据镍网即副电极和其自身的欧姆特性进行设计，通常相邻镍条之间的距离在20cm左右，在本实施例中，所述镍条的宽度小于10mm，以避免过宽的镍条而导致其上的镍网生成的气体无法顺利排出，而过窄的镍条则需要通过增加厚度来达到设计的导电性能，但增加的厚度势必会影响电极组件的组装，所述镍条的最小宽度应当不小于焊点的宽度。
其中，所述镍条4的布设方向可以沿电解液流通的方向，以保证电解液的正常流通，其也可以沿垂直于电解液流通的方向，从而能够起到阻挡电解液气泡的作用，在本实施例中，优选使其沿电解液流通的方向布设。
更进一步地，所述镍条4与若干镍柱3依次焊接，故在确定了相邻镍条4的布设距离之后，根据电解槽的电流密度和总的电流的大小，合理设计所述镍柱3的数量，同时，为了降低欧姆电阻的损耗，焊接在双极板上表面和下表面的镍柱3呈对称布设，即焊接在双极板上下表面的镍柱3对应设置，若干所述镍柱3呈均匀阵列排布，且为了保证电解液流通的横截面积，所述镍柱的高度通常设置在1mm以上。
本发明提出的碱性电解制氢电极组件的制备方法包括如下步骤：
首先，将极框与双极板进行装配，保证两者之间的耐腐蚀和密封隔离；
接着，准备好预先计算出的镍柱，将其按照设定的布设方式对称焊接在所述双极板的上下表面；
然后，将准备好的镍条按照设定的方向(沿着电解槽流动的方向或者垂直方向)焊接在所述镍柱上，保证两者之间的满焊；
随后，将镍网焊接在镍条上；
最后，将隔膜密封安装在极框的安装凹槽内，完成电极组件的装配。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，所述碱性电解制氢电极组件包括双极板、极框以及副电极、隔膜；所述制备方法包括如下步骤：
S1.按照设计要求准备双极板和极框，所述极框包括贯穿上下表面的收容空间以及开设在其上表面或下表面的安装凹槽，所述双极板安装在所述收容空间内；所述双极板的上下表面为平面；
S2.准备若干支撑单元，将若干所述支撑单元依次焊接在所述双极板的上下表面；
S3.将所述副电极焊接在所述支撑组件上；
S4.将所述隔膜边缘固定在所述安装凹槽内。
2.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，所述极框为金属材质，所述双极板焊接在所述收容空间内。
3.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，所述极框为塑料材质，所述双极板一体注塑在所述收容空间内。
4.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，单个所述支撑单元包括呈柱状的镍柱，S2包括如下子步骤：
S21.准备按照计算出的尺寸设计的所述镍柱；
S22.将若干所述镍柱依次均匀焊接在所述双极板的上下表面；
其中，所述镍柱的数量以及规格由电解槽的电流密度和总电流的大小确定。
5.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，单个所述支撑单元包括呈柱状的镍柱和呈条状的镍条，S2包括如下子步骤：
准备所需尺寸的镍柱和镍条，所述镍条的宽度小于等于10mm；
根据电解槽的电流密度和总的电流大小，计算所需镍柱的数量；
将若干所述镍柱依次焊接在所述双极板的上下表面；
将若干所述镍条沿所述电解液流通的方向或者垂直于电解液流通的方向焊接在所述镍柱上。
6.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，所述隔膜通过PTEE压条固定在所述安装凹槽内。
7.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，S2中焊接在所述双极板上表面和下表面的支撑单元对称布设。
8.根据权利要求1所述的一种碱性电解制氢电极组件的制备方法，其特征在于，所述极框上开设有若干安装定位孔。
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