CN216891249U - 质子交换膜水电解槽及*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种质子交换膜水电解槽及***。电解槽包括膜电极、端板、正极流场组件及负极流场组件，至少一个端板上设置有用于排出气体和进出水的开孔，流场组件上均设置有与开孔相连通的导流孔，且流场组件沿远离膜电极的方向设置有扩散结构层、双极板、流道密封垫和流道板，双极板上设置有贯通槽，流道板上设置有贯通槽、浅槽以及连通窄槽，双极板和流道板之间设置有间隙，双极板的贯通槽、流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽、流道板及双极板之间的间隙互相连通而构成储水排气腔。本实用新型可以大大降低水电解槽的流场结构的加工难度，降低加工成本，有助于延长电解槽的使用寿命，实现水电解槽的无泵化运行。

Description

质子交换膜水电解槽及***

技术领域

本实用新型涉及电解水技术领域，特别是涉及一种质子交换膜水电解槽及***。

背景技术

目前PEM(聚合物电解质膜，也叫质子交换膜)水电解制氢的瓶颈环节在于电解槽的寿命和成本。膜电极的寿命是决定电解槽寿命的主要原因。现有的膜电极寿命实际上受两个方面的制约，一个是催化剂的寿命，但催化剂的寿命在近年已有很大进展。另一个影响膜电极寿命的是电解槽的几何结构，特别是流场结构，不良的流场设计会导致膜电极出现缺水、过热等致命缺陷，从而使得膜电极过早失效。

传统PEM电解槽是由两块端板通过螺栓将钛双极板、钛毡集电器和涂布有催化剂的质子膜电极等部件多层堆叠串联后紧密的压在一起。通常在电解槽上部设置一个出水口，下部设置一个进水口，通过一个水泵来完成水的持续供给。双极板两侧或单侧需要雕刻复杂狭窄的流道(通常在1mm左右宽窄，深度0.3mm以上)。流道的做法目前有几种，一种是通过电火花加工蚀刻，另一种是利用雕铣机进行雕铣加工，另也有采用将0.05-0.8mm左右的钛箔通过冲压形成流道，然后在两侧焊接或胶接边框，以便密封并分隔两边的气体。但是前两种方法通常加工一片流场面积为100平方厘米的双极板就需要在高速CNC机床或电火花机上加工十几个小时，且也很难保证全面积上加工质量的一致性，更不用说大型电解槽上用的上千平方厘米的双极板了，其加工不但耗时，成品率也很难保证，加工成本极高。后一种冲压方法，由于钛的特性，太薄时冲压出的流道无法提供足够的支撑力，使用时造成流道坍塌，钛箔太厚时又无法冲压出平整且小间距(小于1mm)的深流道，其可实现性，以及双极板的电性能往往并不如意。

更致命的问题是，当电极面积很大时，由于流道深度不够(前述的窄而深的流道非常难加工)，电解槽在以大电流密度(>1A·cm–2)运行时，生成的气流会挤占水道，从而造成局部，特别是造成电解槽上部缺水而导致过热，严重影响电解槽寿命。

专利CN 211556044 U中公布了一种电解槽及阳极电极板(即双极板)结构，其阳极电极板上留有2到100个条形槽，同时在阳极侧设置了导水板，其竖直使用的方式可能依旧会导致电解槽上部气体堆积而造成局部缺水。大型电解槽通常是多单元串联的，电极板同时起到提供流场和隔断两边气体的作用，同时多单元串联成一体时有严苛的密封要求，而该专利仅适用于单片电解槽时的情况，无法实现多单元的串联。且大型电解槽中阴极出氢侧的水路气路管理也极其重要，该专利显然并未对阴极侧加以改进。

因此发展出一种既能用于多级串联的，又能提供流畅流道的电解槽结构是非常关键的。同时，电解槽成本中，双极板约占48％，因此寻求一种新的流场结构并改善双极板的加工方式，以降低成本及提高可加工性非常重要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种质子交换膜水电解槽及***，用于解决现有技术中的PEM电解槽双极板加工难度大，加工成本高，电解槽中存在水路气路不畅、缺水等流场难题及电解槽容易局部缺水过热，导致电解槽使用寿命缩短等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种质子交换膜水电解槽，包括膜电极、端板、正极流场组件及负极流场组件，所述正极流场组件和负极流场组件位于所述膜电极的相对两侧，所述端板分别位于所述正极流场组件和负极流场组件背离所述膜电极的一端，至少一个端板上设置有用于排出气体和进出水的开孔，所述正极流场组件和负极流场组件上均设置有与所述开孔相连通的导流孔，且正极流场组件和负极流场组件沿远离所述膜电极的方向设置有扩散结构层、双极板、流道密封垫和流道板，其中，所述双极板上设置有贯通槽，所述流道板上设置有贯通槽、非贯通的浅槽、以及用于将所述流道板的贯通槽及浅槽与导流孔相连通的连通窄槽，所述双极板和流道板之间设置有间隙，双极板的贯通槽、流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽、流道板及双极板之间的间隙互相连通而构成储水排气腔。

可选地，所述流道板的贯通槽和浅槽交叉设置且相互连通。

可选地，所述双极板的多个贯通槽构成梳齿结构，位于同一梳齿结构上的贯通槽相互连通。

可选地，位于同一梳齿结构上的贯通槽的齿宽为0.1-3mm，贯通槽的槽宽为0.5-5mm。

可选地，所述双极板的多个贯通槽相互连通且呈蛇形状分布。

可选地，所述扩散结构层包括集电器和集电器密封垫。

可选地，所述膜电极和负极流场组件之间还设置有膜电极补偿垫。

可选地，所述流道密封垫和流道板为非钛材质板，且所述流道板为刚性材料板。

可选地，所述质子交换膜水电解槽还包括用于防止端板污染水质的盲板，位于所述负极流场组件和端板之间。

可选地，所述质子交换膜水电解槽包括多个正极流场组件、负极流场组件和单元分隔板，正极流场组件和负极流场组件交替设置，构成多个相互串联的电解水单元，所述单元分隔板上设置有导流孔，单元分隔板不参与导电，相邻的电解水单元通过单元分隔板进行气体分隔。

可选地，所述质子交换膜水电解槽还包括导电片，各电解水单元的双极板向外延伸至与所述导电片实现电连接。

本实用新型还提供一种质子交换膜水电解***，所述质子交换膜水电解***包括水箱及如上述任一方案中所述的质子交换膜水电解槽，所述质子交换膜水电解槽以正极析氧面朝上的方式水平放置于所述水箱下方，且与所述水箱相连通。

如上所述，本实用新型的质子交换膜水电解槽及***，具有以下有益效果：本实用新型通过改善的结构设计，可以大大降低水电解槽的流场结构的加工难度，降低加工成本，且可以显著提高电解槽中的水流通畅性，避免膜电极出现缺水过热现象，有助于延长电解槽的使用寿命，降低***复杂度，实现大型质子交换膜水电解槽的无泵化运行。

附图说明

图1显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的例示性组装结构示意图。

图2显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的例示性***图。

图3显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的使用状态示意图。

图4显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽电解水过程中的流场示意图。

图5显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的双极板于一示例中的结构示意图。

图6显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的双极板于另一示例中的结构示意图。

图7和8显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽的流道板于两个相对的侧面呈现出的例示性结构示意图。

图9显示为本实用新型提供的质子交换膜水电解槽于另一示例中的***示意图。

图10显示为本实用新型一示例中提供的质子交换膜水电解槽的水气流向示意图。

图11显示为图10的流场示意图。

元件标号说明

100 质子交换膜水电解槽

1 膜电极

2 端板

3 单元分隔板

41 集电器

42 集电器密封垫

43 双极板

431 导流孔

432 贯通槽

44 流道板

441 贯通槽

442 浅槽

443 连通窄槽

444 导流孔

45 流道密封垫

51 集电器

52 集电器密封垫

53 双极板

54 流道板

55 流道密封垫

6 膜电极补偿垫

7 导电片

8 水箱

81 氢气槽

82 氧气槽

83 连通孔

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

传统多级PEM电解槽是由两块端板通过螺栓将钛电极板、钛毡集电器和涂布有催化剂的质子膜电极等部件多级堆叠后紧密的压在一起。通常在电解槽上部设置一个出水口，下部设置一个进水口，通过一个水泵来完成反应中水的持续供给。其中的电极板由于其在多级串接时同时充当相邻单元的正负极，所以一般称为双极板，双极板同时还起着分隔氢氧气体的作用。双极板上雕刻有复杂的流道。由于双极板上的流道通常细长且窄(流道通常为约1mm宽，不超过1mm深的非贯通槽)，无论雕铣还是电蚀刻加工都非常困难。对此，本申请的发明人经长期研究，提出了一种改善方案。

请参阅图1至图11。

实施例一

如图1至11所示，本实用新型提供一种质子交换膜水电解槽100，包括膜电极1、端板2、正极流场组件及负极流场组件，所述正极流场组件和负极流场组件位于所述膜电极1的相对两侧，所述端板2分别位于所述正极流场组件和负极流场组件背离所述膜电极1的一端，即端板2为两个，参考图2，可将两个端板2分别定义为上端板和下端板，前述的膜电极1、正极流场组件和负极流场组件设置在两块端板2之间，上端板、正极流场组件、膜电极1、负极流场组件和下端板顺序层叠后可通过螺栓锁固而形成图1所示的结构，当然，在其他示例中，各结构也可以通过其他方式固定，对此不做严格限制；至少一个端板2上设置有用于排出气体和进出水的开孔，本实施例中，于上端板(即位于最上部的端板)设置用于水气进出的开孔，例如包括排出氢气和进出水的第一开孔以及用于排出氧气和进出水的第二开孔(“第一”和“第二”只是出于描述的方便而不具有实质上的限定意义)，且第一开孔和第二开孔可以为单个或两个及以上，而与负极流场组件相邻的下端板则未设置用于水气进出的开孔，所述正极流场组件和负极流场组件上均设置有与所述开孔相连通的导流孔，且正极流场组件和负极流场组件沿远离所述膜电极的方向设置有扩散结构层、双极板43/53、流道密封垫45/55和流道板44/54(这些结构通常依次设置，即扩散结构层与膜电极1相邻，而双极板43/53位于扩散结构层和流道密封垫45/55之间，流道密封垫45/55可以为内部具有容纳槽的结构，流道板44/54对应位于流道密封垫45/55的内侧，流道密封垫可用于防止漏水)，其中，所述双极板43设置有贯通槽432(即该槽贯通双极板)，当然还设置有导流孔431，所述流道板44上设置有贯通槽441(即该槽贯通流道板44)、非贯通的浅槽442(即该槽未贯通流道板44)、以及用于将所述流道板44的贯通槽441及浅槽442与导流孔444相连通的连通窄槽443，双极板43/53的贯通槽441、流道板44/54的贯通槽441、浅槽442、连通窄槽443、互相连通而构成储水排气腔，即该储水排气腔经由流道板的连通窄槽与导流孔连通而实现水气流通。

本实施例提供的质子交换膜水电解槽100的例示性工作过程为，如图3所示，工作时将该电解槽水平放置，使正极(析氧侧)在上，电解槽的多个(例如4个)水气进出口和水箱直接相连通，水箱8置于电解槽上方，水箱8可以包括氢气槽81和氧气槽82，两个槽之间可以通过设置有连通孔83的板相间隔，设置连通孔有助于水位平衡；在双极板上施加直流电压，此时表面涂布有催化剂的膜电极1的两面分别析出氢气和氧气，析出的氢气和氧气迅速穿过疏松的集电器(氧气穿过正极流场组件的集电器41，氢气穿过负极流场组件的集电器51)，进入由双极板上的贯通槽441(也可以定义为导流槽，只是该导流槽贯通双极板)及流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽构成的储水排气腔中，从进出口排出到水箱中。通过调整流道板或双极板的厚度可以让双极板的贯通槽的容积变得足够大，以便排出的气体能有足够的缓冲存储空间。如图4所示，从水箱8中进入电解槽正极侧的水在重力和析出氧气压力的共同作用下留在储水排气腔的下部，这使得整片膜电极1的析氧面一直浸润在水中，电解反应在膜面上分布的更加均匀；析氢侧的储水排气腔结构和析氧侧相似。参考图2，由于正极流道板和负极流道板叠放时其贯通槽和导流孔是交错的，因此在同一公共管路上，仅能连通正极的氧气或者负极的氢气，从而实现氢氧分别从不同的管路中排出(参考图4)。

析氢侧虽然不需要补水，但在析氢侧也设置储水排气腔，可以更有效的利用水的流动带走反应热，防止膜电极过热失效，有助于延长膜电极的使用寿命。本实用新型通过在双极板后增加一块流道板，流道板上刻有贯通槽，双极板上贯穿的导流槽和导流板上的贯通槽共同组成了一个大容积的储水排气腔，这可以大大提高电解槽和外部进行水气交换的效率，从而为水流散热及气体排出提供了良好的条件。本实用新型中组成储水排气腔的贯通槽由于为贯通所在的板的结构，相较于现有技术中的非贯通槽的结构，本实用新型的双极板可以采用激光切割、离子切割、水刀、线割等多种方式来加工，原来100平方厘米的流场(0.5mm宽流道)用CNC高速机床加工需要10几个小时，而采用本实用新型的流场结构2分钟就可以用激光加工完毕，极大的提高了加工效率，降低了加工成本，本实用新型的流道板可以采用注塑方式获得，位于流道板上的贯通槽的宽度和深度可以远大于传统极板上雕铣的流道，因此流阻可大大降低。区别于传统的立放方式，本实用新型将电解槽以双极板平行于地面的方式水平放置，正极析氧面在上，并将水箱置于电解槽上部，直接和电解槽相连，运行时分离出的气体会自然上升进入储水排气腔，纯水在重力和气压共同作用下留在储水排气腔的底部，使得每时每刻膜电极都浸润在纯水中，彻底解决了膜电极缺水问题，实现了电解槽无泵式运行，大大简化了***复杂度，提高了***可靠性。采用本实用新型提供的质子交换膜水电解槽已经实现在无泵条件下，2A·cm^–2的电流密度下稳定运行了上千多小时，目前仍在稳定运行中。

如图5-6所示，所述双极板43的相对两侧各设置有两个用于气水进出的导流孔431，各导流孔431的孔径可以相同或不同。如图5所示，在一示例中，双极板43的贯通槽432可以为梳齿状分布，即其多个贯通槽432构成一梳齿结构，位于同一梳齿结构上的贯通槽432相互连通。参考图5可以看到，多个平行间隔设置的贯通槽432连通至与之垂直的一贯通槽上而呈现为梳齿结构，因而这些平行间隔设置的贯通槽432的一端是自由活动端(即具有一定柔性)，这使得双极板43对应贯通槽432的部分可以在垂直平面内来回摆动，这有助于整个电解槽的压紧固定，尤其是有助于提高双极板和膜电极1的压紧固定。且需要特别说明的是，本实施例中，虽然仅示意了一个梳齿结构，但并不以此为限。如果是应用于特大型电解槽，则由于梳齿结构太大难以加工安装，此时可以将双极板进行分拆，例如分为几平方米一片的电极，其贯通槽可能为几千条，此时为了提高结构稳定性，可以将贯通槽设置为多个梳齿结构。当采用梳齿结构设计的贯通槽时，位于同一梳齿结构上的贯通槽的齿宽h较佳地为0.1-3mm，例如为0.1mm，1mm，2mm，3mm或这区间的任意值，贯通槽的槽宽d(即图5中所示的尺寸为0.5-5mm，例如为0.5mm，1mm，2mm，3mm，4mm，5mm或这区间的任意值。

在另一示例中，如图6所示，所述双极板43的多个贯通槽432相互连通而呈现为蛇形状分布，或者也可以描述为所述双极板43为包括单个呈蛇形状分布的贯通槽432。本实施例中，贯通槽的齿宽d同样较佳地为0.5-5mm，而贯通槽的槽宽h较佳地为0.1-3mm。

图5和6中的双极板43虽然贯通槽432的结构不同，但是导流孔431的设计是一样的，因而具体应用到本实施例的电解槽中，流场结构也是一样的，具体可以参考图3和4。

需要说明的是，虽然本实施例中仅以正极流场组件的双极板为例，但负极流场组件的双极板结构可与之完全相同，正极流场组件的双极板的厚度和负极流场组件的双极板的厚度(也即贯通槽的深度)可以相同或不同。

如7及8所示，本实施例中，所述流道板44的贯通槽441和浅槽442交叉设置且相互连通，并且通过连通窄槽443连接至导流孔441，从而实现与端板上的开孔相连通。更具体地，贯通槽441和浅槽442的延伸方向相互垂直，且流道板44的贯通槽441的延伸方向例如可以与双极板43的贯通槽432相互平行且一一上下对应。通过这样的设计，有助于减少流体阻力，使水气流动更顺畅。

同样需要说明的是，虽然本实施例中仅以正极流场组件的流道板为例，但负极流场组件的流道板结构可与之完全相同，正极流场组件的流道板的厚度和负极流场组件的流道板的厚度(也即贯通槽441的厚度)可以相同或不同。

作为示例，所述扩散结构层包括集电器密封垫42/52和集电器41/51。所述集电器密封垫42/52例如为硅胶柔性垫，所述集电器41/51例如为钛毡或钛网，所述集电器用于将电荷均匀分布于整个膜电极1上，并降低接触电阻。

所述流道密封垫和流道板的材质通常为非钛的廉价材质，即为非钛材质板，且所述流道板较佳地由刚性材料制成，即为刚性材料板，例如为陶瓷材料板，但并不以此为限，即也可以为其他材质。

在一示例中，所述膜电极1和负极流场组件之间还设置有膜电极补偿垫6，所述膜电极补偿垫6内侧可设置有容纳槽，而膜电极1嵌设于该膜电极补偿垫6的容纳槽内。

在一示例中，所述质子交换膜水电解槽100还包括用于防止端板2污染水质的盲板(未示出)，位于所述负极流场组件和端板2之间(即盲板与底端的端板相邻设置)，所述盲板顾名思义为表面没有设置导流孔的平面板，其材质可以为表面光滑的绝缘材质，通过设置盲板，避免位于负极流场组件一端的端板2(即下端板)与水接触而污染水质。

在一示例中，所述正极流场组件和负极流场可以均为单个，而在另一示例中，如图9-11所示，正极流场组件和负极流场组件可以均为多个；当为多个时，所述质子交换膜水电解槽还包括若干单元分隔板3，正极流场组件和负极流场组件交替设置，构成多个相互串联的电解水单元A(单个电解水单元包括一个正极流场组件和一个负极流场组件)，所述单元分隔板3上设置有导流孔，单元分隔板3不参与导电，相邻的电解水单元A通过单元分隔板3进行气体分隔；所述单元分隔板上设置有导流孔，所述单元分隔板3用于将氢气和氧气分离，其不参与电解导电，因而可以为绝缘材质，例如为聚乙烯板等高分子材料板，当然也可以为其他材质，只要确保电解水过程中不参与导电即可。正极流场组件和负极流场组件的具体结构与前述相同，具体请参考前述描述，出于简洁的目的不赘述。通过将多个电解水单元串联，有助于提高电解水效率，进一步简化***结构，减少电解槽的占地空间，降低电解成本。

在电解水单元A为多个的情况下，在进一步的示例中，所述质子交换膜水电解槽还包括导电片7，各电解水单元的双极板向外延伸，因而在将各结构压合紧固后，双极板向外延伸的部分与导电片7连接/接触而实现电连接，所述导电片包括但不限于铜片。这样的设计有助于提高质子交换膜水电解槽拆装的便利性。当然，在其他示例中，也可以通过导线将各电解水单元串联，或者各电解水单元的双极板向外延伸并两两焊接在一起实现电传导，对此不做严格限定。

本实施例的示意图中，虽然氢氧出口设置在同一侧，但实际上也可以在上下两个端板2上均设置进水口+氢氧出口，这种情况下，盲板需要用设置有导流孔的单元分隔板3替代。

本实用新型还提供一种质子交换膜水电解***。参考图3所示，所述质子交换膜水电解***包括水箱8及如上述任一方案中所述的质子交换膜水电解槽100，所述质子交换膜水电解槽100以正极析氧面朝上的方式水平放置于所述水箱8下方，且与所述水箱8相连通。所述水箱8例如包括氢气槽81和氧气槽82，两个槽之间可以通过设置有连通孔83的板相间隔，设置连通孔有助于水位平衡。如图3所示，从水箱8中进入电解槽正极侧的水在重力和析出氧气压力的共同作用下留在储水排气腔的下部，这使得整片膜电极1的析氧面一直浸润在水中，电解反应在膜面上分布的更加均匀；析氢侧的储水排气腔结构和析氧侧相似。析氢侧虽然不需要补水，但在析氢侧也设置储水排气腔，可以更有效的利用水的流动带走反应热，防止膜电极过热失效，有助于延长膜电极的使用寿命。对所述质子交换膜水电解槽的更多介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。本实施例提供的质子交换膜水电解***由于采用前述的质子交换膜水电解槽，因而不需要使用泵就可以实现连续地电解水作业，即本实施例提供的质子交换膜水电解***中没有泵。

依上述质子交换膜水电解槽进行的质子交换膜水电解方法包括，将如上述任一方案中所述的质子交换膜水电解槽以正极析氧面朝上的方式水平放置于水箱下方(也即是采用前述的质子交换膜水电解***)，将质子交换膜水电解槽的水气进出口和水箱相连通，在无泵条件下实现连续的电解水操作。具体地，如图3所示，从水箱8中进入电解槽正极侧的水在重力和析出氧气压力的共同作用下留在储水排气腔的下部，在双极板上施加直流电压后，此时表面涂布有催化剂的膜电极1的两面分别析出氢气和氧气，析出的氢气和氧气迅速穿过疏松的集电器(氧气穿过正极流场组件的集电器41，氢气穿过负极流场组件的集电器51)，进入由双极板上的贯通槽、流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽以及双极板及流道板之间的间隙组成的储水排气腔中，从进出口排出到水箱中而实现无泵状态下的持续电解水作业。本实施例提供的质子交换膜水电解方法由于采用前述的质子交换膜水电解槽，因此可以有效避免膜电极的过热，且无需使用泵，可以降低电解成本和提高电极效率。

综上所述，本实用新型提供一种质子交换膜水电解槽及***。电解槽包括膜电极、端板、正极流场组件及负极流场组件，所述正极流场组件和负极流场组件位于所述膜电极的相对两侧，所述端板分别位于所述正极流场组件和负极流场组件背离所述膜电极的一端，至少一个端板上设置有用于排出气体和进出水的开孔，所述正极流场组件和负极流场组件上均设置有与所述开孔相连通的导流孔，且正极流场组件和负极流场组件沿远离所述膜电极的方向设置有扩散结构层、双极板、流道密封垫和流道板，其中，所述双极板上设置有贯通槽，所述流道板上设置有贯通槽、非贯通的浅槽、以及用于将所述流道板的贯通槽及浅槽与导流孔相连通的连通窄槽，所述双极板和流道板之间设置有间隙，双极板的贯通槽、流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽、流道板及双极板之间的间隙互相连通而构成储水排气腔。本实用新型通过改善的结构设计，可以大大降低水电解槽的流场结构的加工难度，降低加工成本，且可以显著提高电解槽中的水流通畅性，避免膜电极出现缺水过热现象，有助于延长电解槽的使用寿命，降低***复杂度，实现大型质子交换膜水电解槽的无泵化运行。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种质子交换膜水电解槽，其特征在于，包括膜电极、端板、正极流场组件及负极流场组件，所述正极流场组件和负极流场组件位于所述膜电极的相对两侧，所述端板分别位于所述正极流场组件和负极流场组件背离所述膜电极的一端，至少一个端板上设置有用于排出气体和进出水的开孔，所述正极流场组件和负极流场组件上均设置有与所述开孔相连通的导流孔，且正极流场组件和负极流场组件沿远离所述膜电极的方向设置有扩散结构层、双极板、流道密封垫和流道板，其中，所述双极板上设置有贯通槽，所述流道板上设置有贯通槽、非贯通的浅槽、以及用于将所述流道板的贯通槽及浅槽与导流孔相连通的连通窄槽，所述双极板和流道板之间设置有间隙，双极板的贯通槽、流道板的贯通槽、浅槽、连通窄槽、流道板及双极板之间的间隙互相连通而构成储水排气腔。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述流道板的贯通槽和浅槽交叉设置且相互连通。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述双极板的多个贯通槽构成梳齿结构，位于同一梳齿结构上的贯通槽相互连通。

4.根据权利要求3所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，位于同一梳齿结构上的贯通槽的齿宽为0.1-3mm，贯通槽的槽宽为0.5-5mm。

5.根据权利要求1所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述双极板的多个贯通槽相互连通且呈蛇形状分布。

6.根据权利要求1所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述扩散结构层包括集电器和集电器密封垫，所述膜电极和负极流场组件之间还设置有膜电极补偿垫。

7.根据权利要求1所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述流道密封垫和流道板为非钛材质板，且所述流道板为刚性材料板。

8.根据权利要求1-7任一项所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述质子交换膜水电解槽包括多个正极流场组件、负极流场组件和单元分隔板，正极流场组件和负极流场组件交替设置，构成多个相互串联的电解水单元，所述单元分隔板上设置有导流孔，单元分隔板不参与导电，相邻的电解水单元通过单元分隔板进行气体分隔。

9.根据权利要求8所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，所述质子交换膜水电解槽还包括导电片，各电解水单元的双极板向外延伸至与所述导电片实现电连接。

10.根据权利要求8所述的质子交换膜水电解槽，其特征在于，各电解水单元的双极板向外延伸并两两焊接在一起实现电传导。

11.一种质子交换膜水电解***，其特征在于，所述质子交换膜水电解***包括水箱及如权利要求1-10任一项所述的质子交换膜水电解槽，所述质子交换膜水电解槽以正极析氧面朝上的方式水平放置于所述水箱下方，且与所述水箱相连通。

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