CN113215603B - 水电解电堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水电解电堆，包括：多个电解槽，所述电解槽包括膜电极组件、阳极组件与阴极组件，所述阳极组件与所述阴极组件分别位于所述膜电极组件的两侧，所述电解槽的所述阳极组件与相邻的所述电解槽的所述阳极组件相邻设置，以及/或者，所述电解槽的所述阴极组件与相邻的所述电解槽的所述阴极组件相邻设置。该水电解电堆能够尽量减小电堆的厚度，从而降低制造成本。

Description

水电解电堆

技术领域

本发明涉及水电解技术领域，特别是涉及水电解电堆。

背景技术

氢能源作为一种新型能源，不易对环境造成污染且较为高效，因此受到了越来越广泛的关注。相关技术中，主要通过质子交换膜电解水的方式来获得氢气。目前的许多水电解电堆为了能够省掉压缩机对氢气进行压缩，选择直接输出高压氢气。但为了防止在高压输出氢气环境下相邻电解槽因压差过大而发生破裂，需要通过增加零部件的厚度来抵抗压差，这使得耗费材料较多，成本也因此过高。

发明内容

基于此，本发明提出一种水电解电堆，该水电解电堆能够尽量减小电堆的厚度，从而降低制造成本。

水电解电堆，包括：

多个电解槽，所述电解槽包括膜电极组件、阳极组件与阴极组件，所述阳极组件与所述阴极组件分别位于所述膜电极组件的两侧，所述电解槽的所述阳极组件与相邻的所述电解槽的所述阳极组件相邻设置，以及/或者，所述电解槽的所述阴极组件与相邻的所述电解槽的所述阴极组件相邻设置。

在其中一个实施例中，所述阴极组件的中心位置设有沿轴向延伸的氢气出口第一段。

在其中一个实施例中，所述阴极组件包括阴极板，所述阴极板的外表面上设有沿径向延伸的氢气出口第二段，所述氢气出口第二段与所述氢气出口第一段连通，所述电解槽的外侧设有氢气出口第三段，所述氢气出口第三段沿轴向贯通所述电解槽，所述氢气出口第三段与所述氢气出口第二段的外端连通。

在其中一个实施例中，所述阴极板的外表面上设有多个沿径向延伸的氢气出口第二段，所述电解槽上设有多组沿周向均匀分布的氢气出口第三段，每组所述氢气出口第三段分别与每组所述氢气出口第二段的外端连通。

在其中一个实施例中，所述阴极组件还包括阴极流场板，所述氢气出口第一段包括位于所述阴极流场板的中心的第一通孔，所述阴极流场板上还设有若干环形流道与直线流道，所述直线流道沿径向延伸且与所述环形流道连通，至少部分所述直线流道的端部与所述第一通孔连通。

在其中一个实施例中，所述阴极组件包括阴极板与阴极流场板，所述阴极板与所述阴极流场板之间设有弹性导电元件。

在其中一个实施例中，所述阴极板上设有朝所述阴极流场板凸出的凸出部，所述弹性导电元件套设于所述凸出部上。

在其中一个实施例中，所述阳极组件包括阳极扩散层、阳极板与阳极流场板,所述水电解电堆上设有入水口与氧气出口，所述阳极板上设有沿径向朝内伸出的伸出部，所述膜电极组件与所述阳极流场板之间被所述阳极扩散层与所述阳极板分隔，且所述入水口与所述氧气出口均位于所述伸出部所在区域。

在其中一个实施例中，所述阳极流场板包括主体部与支撑部，所述主体部位于所述伸出部与所述阳极扩散层的一侧，所述主体部上设有多个镂空槽，所述入水口与所述氧气出口设于所述支撑部上，所述入水口与所述氧气出口均与所述镂空槽连通。

在其中一个实施例中，所述膜电极组件包括第一质子交换膜、第二质子交换膜与夹层，所述夹层位于所述第一质子交换膜与所述第二质子交换膜之间，所述夹层用于使从阴极侧渗透到阳极侧的氢气反应生成氢离子。

在其中一个实施例中，所述膜电极组件的边缘处包裹有边框薄膜，所述边框薄膜的硬度大于所述膜电极组件的硬度。

上述水电解电堆，将相邻的电解槽中相同极性的组件相邻设置，例如相邻的两个电解槽的阳极组件和/或阴极组件相邻设置。若输出高压氢气时，阴极侧为高压侧，阳极侧为低压侧，按照上述方式设置后，高压侧与高压侧相邻，低压侧与低压侧相邻，相邻的组件之间的压力较为接近，压力差较小，电解槽的部件不易因压力差过大而损坏，使电解槽具有足够的强度来保证使用时的安全性。并且，由于这种排列方式使得相邻电解槽之间的压力差减小，零部件不再需要通过增大厚度来抵抗压差，从而能将电堆的厚度减小，体积功率密度提高，制造成本也因此降低。

附图说明

图1为本发明一实施例中的水电解电堆的结构示意图；

图2为图1中水电解电堆的侧视图；

图3为图1中水电解电堆的剖视图(省略了阴极容纳槽与阳极容纳槽内的部件)；

图4为图1中水电解电堆另一方向的剖视图(省略了阴极容纳槽与阳极容纳槽内的部件)；

图5为图1中水电解电堆中一个电解槽的剖视图；

图6为图5中A处的局部放大图；

图7为图1中水电解电堆中一个电解槽的阴极组件的爆炸图(氢气出口第三段、入水口与氧气出口等孔位未示出)；

图8为图1中水电解电堆中一个电解槽的阳极组件的爆炸图(氢气出口第三段、入水口与氧气出口等孔位未示出)；

图9为图8中阳极板另一角度的结构示意图(氢气出口第三段、入水口与氧气出口等孔位未示出)；

图10为图5中电解槽的膜电极组件的结构示意图；

图11为图5中电解槽的膜电极组件与边框薄膜的结构示意图；

图12为本发明一实施例中的密封圈的结构示意图；

图13为图12中密封圈的局部剖视图；

图14为本发明一实施例中的边框薄膜的俯视图。

附图标记：

电解槽10；

膜电极组件100、第一质子交换膜110、第二质子交换膜120、夹层130、第一催化剂层140、第二催化剂层150；

阴极组件200、阴极扩散层210、阴极流场板220、第一通孔221、环形流道222、直线流道223、弹性导电元件230、安装孔231、阴极板240、阴极容纳槽241、第一密封槽242、凸出部243、排出槽244、第二通孔245、氢气出口第二段246、第二凸耳247、阴极电极250、氢气出口第三段260、氢气出口第一段270；

阳极组件300、阳极扩散层310、阳极流场板320、主体部321、镂空槽3211、第一凸台3212、支撑部322、第一连通槽3221、第二连通槽3222、第二凸台3223 第五通孔3224、第六通孔3225、阳极板330、伸出部331、阳极容纳槽332、第七通孔333、凹槽334、第二密封槽335、第三密封槽336、第三凸耳337、阳极电极340、入水口360、氧气出口370；

边框薄膜400、第一凸耳410；

密封圈500、凸块510、第一面520、第二面530。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参阅图1与图2，本发明一实施例提供的水电解电堆包括多个电解槽10，多个电解槽10堆叠形成水电解电堆。每个电解槽10均包括阴极组件200、阳极组件300与膜电极组件100，阴极组件200、阳极组件300分别设置于膜电极组件100的两侧。参阅图2至图4，通过该水电解电堆能够对水进行电解，以生成氢气与氧气。具体的，水从入水口360进入该水电解电堆的各个电解槽10，在每个电解槽10的阳极生成氧气与氢离子，氧气从氧气出口370排出，氢离子通过膜电极组件100到达阴极侧，在阴极生成氢气并从氢气出口排出。该水电解电堆在使用时，可以通过改变与氢气出口连接的调压阀或流量阀，改变氢气输出的压力。若将氢气输出压力增大，阴极侧的氢气压力也随之增大。

参阅图1与图2，相邻的电解槽中相同极性的组件相邻设置，例如相邻的两个电解槽10的阳极组件300相邻设置，相邻的两个电解槽10的阴极组件200 相邻设置。若输出高压氢气时，阴极侧为高压侧，阳极侧为低压侧，按照上述方式设置后，相邻电解槽10的高压侧与高压侧相邻，低压侧与低压侧相邻，相邻的阴极组件200之间的压力较为接近，相邻的阳极组件300之间的压力较为接近，使得相邻组件间压力差较小。与“阴极组件-阳极组件-阴极组件-阳极组件”这种排列方式相比，本实施例中“阴极组件-阳极组件-阳极组件-阴极组件”的排列方式可以使电解槽10的部件不易因压力差过大而损坏，使电解槽10 具有足够的强度来保证使用时的安全性。由于相邻电解槽10之间的压力差减小，无需将各组件的厚度设计的过大亦能抵抗压差，从而能将电堆的整体厚度减小，制造成本也因此降低，功率密度提升。

需要说明的是，上述的“相邻的电解槽10中相同极性的组件相邻设置，例如相邻的两个电解槽10的阳极组件300相邻设置”中的“相邻设置”并非是指直接接触，只是为了说明各个组件的排列顺序，实际上，相邻两个电解槽10的两个阴极组件200之间设有阴极电极250，相邻两个电解槽10的两个阳极组件300之间设有阳极电极340。阴极电极250与阳极电极340材质为铜，二者上对应位置处均设有朝外伸出的电缆连接部，用于与外电源连接通电。阴极板240、阴极电极250上对应位置处均设有定位孔，通过定位销穿过定位孔实现定位。阳极板330、阳极电极340上对应位置处均设有定位孔，通过定位销穿过定位孔实现定位。

在阴极侧高压状态下，除了要保证相邻电解槽10之间的相邻组件能够适应高压，还需对每个电解槽10内部的结构进行改进，使其能够适应阴极侧的高压状态。

当电堆输出高压氢气时，阴极侧处于高压状态，压力远大于阳极侧，每个电解槽10差压运行，在阴极生成的氢气会在压力差作用下朝阳极侧渗透，导致阳极侧氢氧混合浓度较高，存在较大的风险。参阅图10，在一些实施例中，膜电极组件100包括第一质子交换膜110、第二质子交换膜120与夹层130。夹层 130位于第一质子交换膜110与第二质子交换膜120之间。当阴极侧的氢气通过夹层130到达阳极时，能够在夹层130的催化下发生电化学反应，重新生成氢离子，进而再次从阳极侧通过膜电极组件100到达阴极，并在阴极重新生成氢气排出。上述实施例中，通过设置夹层130进行催化，可以降低阳极侧的氢气浓度，降低氢气与氧气混合的风险，提高该电堆使用时的安全性。

具体的，在一些实施例中，上述的夹层130的材质为铂。通过铂夹层对氢气进行催化，使其形成氢离子。或者，夹层130的材质也可以是铱等其他贵金属。

或者，在一些实施例中，也可以通过增大膜电极组件100的厚度来减少氢气向阳极侧的渗透。或者，在一些实施例中，也可以通过选用渗透率降低的膜电极组件100来减少氢气向阳极侧的渗透。或者，也可以将上述两种方式相结合来实现。

在一些实施例中，第一质子交换膜110与第二质子交换膜120选用带有增强层的全氟磺酸膜或其他改性膜，以保证具有足够的强度，不易因差压而发生变形破裂。具体的，第一质子交换膜110的材质为N115，第二质子交换膜120 的材质为XL100。通常，质子交换膜的厚度越大强度越高，上述的N115厚度较大，XL100的厚度较小，选用N115与XL100相结合可以兼顾膜的厚度与强度，使其在保证强度的前提下尽量减小厚度。在一个具体的实施例中，N115的厚度为127μm，XL100的厚度为27.5μm。当然，若第一质子交换膜110与第二质子交换膜120均选用N115亦可。

进一步的，膜电极组件100还包括涂布于膜材外表面的催化剂。具体的，包括位于阴极侧的第一催化剂层140，以及位于阳极侧的第二催化剂层150。第一催化剂层140的材质可以选用铂黑(Pt)或碳载铂(Pt/C)。第二催化剂层 150的材质可以选用铱(Ir)或与其氧化物氧化铱(IrO₂)的混合物。在一个具体的实施例中，第一催化剂层140的厚度为10μm，第二催化剂层150的厚度为 20μm。

参阅图11，为了增强密封性，在膜电极组件100与阳极组件300之间，膜电极组件100与阴极组件200之间均设置有密封圈。优选的，在一些实施例中，膜电极组件100的边缘处包裹有边框薄膜400，边框薄膜400的硬度大于膜电极组件100的硬度。通过设置边框薄膜400，可以防止膜电极组件100因为压差过大被挤压进入阴极组件200和/或阳极组件300处设置的密封槽内，造成膜电极组件100变形损失或密封失效。由于边框薄膜400的硬度较大，该膜材能够在膜电极组件100的边缘处形成一个保护边框，密封圈压在其表面时密封效果较好。

进一步的，边框薄膜400将膜电极组件100的侧面与周面均包裹住。可以在膜电极组件100的阳极侧表面与阴极侧表面均设置上述膜材，两处膜材沿径向向外伸出并粘结。如此，可以防止膜电极组件100在处于吸水状态时受到较大压力而造成水从边缘渗出，从而降低短路的风险，提高安全性。

优选的，在一些实施例中，边框薄膜的材质为PI或PEN。可以使用热敏胶将PI或PEN薄膜粘接于膜电极组件100的表面。

参阅图14，优选的，边框400的边缘处朝外伸出有第一凸耳410，第一凸耳410上设置有定位孔，第一凸耳410与阴极组件200中阴极板240上，以及阳极组件300中阳极板330上的凸耳的位置对应。通过定位销穿过对应位置的各定位孔可以实现膜组件的良好定位，凸耳的存在还可以避免阴/阳极板的凸耳间接触而造成短路。优选的，边框400尺寸略大于阴/阳极板，以保证具有良好的绝缘性。

参阅图5至图7，阴极组件200包括阴极扩散层210、阴极流场板220与阴极板240等部件。沿膜电极组件100到远离阳极组件300的方向上，阴极扩散层210、阴极流场板220、阴极板240依次排列。阴极扩散层210与膜电极组件 100的一侧表面贴紧。阴极扩散层210为多孔材料，在电解过程中起导电、传输水和气体的作用。阴极扩散层210可以选择多孔钛、碳布、碳纸等材料。阴极流场板220使用钛或不锈钢材料，用于输送产物。阴极板240用于固定安装阴极扩散层210与阴极流场板220等部件，阴极板240可以选用耐受氢气的316L 不锈钢材料加工。

参阅图1、图3与图7，在一些实施例中，每个电解槽10中，氢气从阴极组件200 中阴极板240的中心位置流出该电解槽10。即每个电解槽10中阴极生成的氢气在阴极组件200内部从四周朝中心区域流动排出该电解槽10。如此，可以较好的平衡内部压力，使径向上各个区域的压力较为均衡，不易因氢气高压而造成压力偏心，从而增强密封效果。具体的，阴极流场板220的中心设有第一通孔221，阴极板240的中心设有第二通孔245，两个通孔的位置对应且相互连通，均位于各个部件的中心位置处。第一通孔221、第二通孔245形成氢气出口第一段270，阴极侧产生的氢气依次流经第一通孔221、第二通孔245后排出。

进一步的，在一些实施例中，每个电解槽10中，从阴极板240中心的第二通孔245流出的氢气沿阴极板240径向朝外流动，到达电解槽10的外侧汇聚后排出电堆。外侧区域仅有阴极板240与阳极板330等部件，将氢气引至外侧后再排出可以避免在电堆所有部件的中心位置开设孔位，能够降低密封难度。具体的，阴极板240的外表面上设有沿径向延伸且与第二通孔245连通的氢气出口第二段246，每个电解槽10的外侧均设有沿轴向贯通的孔位，以形成氢气出口第三段260，氢气出口第三段260与氢气出口第二段246连通。

优选的，阴极板240的外表面上设有多个氢气出口第二段246，每个电解槽的外侧均设有多个氢气出口第三段260，每个氢气出口第三段260与对应位置的氢气出口第二段246的外端连通。如此，可以加快氢气流出速度，并且，若其中某个氢气出口第二段246堵塞，不会影响氢气的排出。优选的，多个氢气出口第二段246沿周向均匀分布，多个氢气出口第三段260亦沿周向均匀分布，如此，可以使径向上各个区域的压力较为均衡，不易因氢气高压而造成压力偏心，从而增强密封效果。

参阅图3，综上，氢气出口包括氢气出口第一段270、氢气出口第二段246 与氢气出口第三段260，每个电解槽10内的氢气经氢气出口第一段270流出该电解槽10。多个电解槽10中氢气出口第一段270处流出的氢气均沿各自的氢气出口第二段246朝外侧流动，并在氢气出口第三段260处汇集后排出电堆。

参阅图5至图7，在一些实施例中，阴极流场板220上朝向阴极扩散层210 的表面设有若干环形流道222与直线流道223。环形流道222呈环形延伸，直线流道223沿径向延伸，直线流道223经过多个环形流道222所在位置，并与环形流道222连通，至少部分直线流道223的端部与第一通孔221连通。阴极侧产生的氢气从阴极扩散层210到达上述的各直线流道223与环形流道222，环形流道222内的氢气沿环形路径流动，进入直线流道223，并沿径向朝内侧流动，最终进入第一通孔221。

在图7所示的实施例中，部分直线流道223的端部与第一通孔221连通，部分直线流道223的端部并未沿径向朝内延伸至第一通孔221。或者，也可以将所有的直线流道223的端部均沿径向延伸至第一通孔221，并与第一通孔221连通。

参阅图6至图7，在一些实施例中，阴极板240上朝向膜电极组件100的一侧的表面上设有阴极容纳槽241，阴极容纳槽241位于中心区域，上述的阴极扩散层210与阴极流场板220均设置于阴极容纳槽241内，阴极组件200与阳极组件300固定连接，从而使阴极板240朝膜电极组件100压紧，阴极扩散层210 与阴极流场板220朝膜电极组件100贴紧。阴极容纳槽241的外圈位置设有环形的第一密封槽242，第一密封槽242内设置有密封圈，用于增强阴极板240与膜电极组件100间的密封性。阴极板240的边缘处还朝外伸出有第二凸耳247，与前述的边框400上的第一凸耳410，以及阳极板上的凸耳位置对应。

优选的，在阴极容纳槽241内还设有弹性导电元件230，弹性导电元件230 位于阴极板240与阴极流场板220之间。弹性导电元件230的两端分别与阴极板240、阴极流场板220接触抵持，可以弥补高压状态工作时因为氢气的挤压而在阴极板240与阴极流场板220之间产生较大的缝隙，造成接触不良或者电阻过大。弹性导电元件230可以为金属材质，具体的，可以选用铜片或者碟形弹簧。

进一步的，在阴极容纳槽241的槽底壁上设有凸出部243，弹性导电元件 230上设有安装孔231，弹性导电元件230通过安装孔231套设于凸出部243上，以实现定位。优选的，可以设置多个弹性导电元件230，以进一步缓解接触不良或电阻过大的问题。优选的，多个弹性导电元件230呈环形均匀分布。

优选的，在阴极组件200上还可以设置排气孔，排气孔可以是氢气出口第三段260中的任意一个，在使用前，可以将氮气从其中一个氢气出口第三段260 通入，从另一个氢气出口第三段260排出，通过氮气进行吹扫，排除内部的氧气，提高安全性。

参阅图7，优选的，阴极容纳槽241的槽底壁上还设有排出槽244，排出槽 244穿过凸出部243，排气孔与排出槽244连通。首次或长时间未开启后使用时，需要进行氮气吹扫，或者装配完成后进行水压实验时，若弹性导电元件230选用碟形弹簧，碟形弹簧内部可能会有残余空气，排出槽244可以将碟形弹簧内部空间与外部连通，有利于气体完全排出。

参阅图5、图6与图8，阳极组件300包括阳极扩散层310、阳极流场板320、阳极板330等部件。阳极扩散层310与阳极流场板320均安装于阳极板330的内部。阳极板330可以选用不锈钢等耐腐蚀材料加工。若阳极侧电压较高，阳极扩散层310、阳极流场板320、阳极板330处可能会超出所选金属材料的腐蚀电位，因此，优选的，可以在这些部件的表面镀金等贵金属，以提高其耐腐蚀性。

参阅图6、图8与图9，阳极板330上设有第七通孔333，阳极扩散层310 卡入第七通孔333内，且阳极扩散层310与膜电极组件100的一侧表面贴紧。阳极扩散层310为多孔材料，在电解过程中起导电、传输水和气体的作用。阳极扩散层310可以选择粉末烧结钛，该材料硬度更高，差压运行时变形较小，孔隙率可以为30％。

阳极流场板320使用钛或不锈钢材料，并表面镀金，防止高电压时的腐蚀，用于输送产物和反应物。阳极流场板320包括主体部321与支撑部322，主体部 321位于靠近阳极扩散层310的一侧。阳极板330上设有沿径向朝内侧伸出的伸出部331，伸出部331的内侧限定出上述的第七通孔333。阳极流场板320上设有第五通孔3224与第六通孔3225。

参阅图4，入水口360与氧气出口370贯通所有的电解槽10，水从入水口 360流入，从电堆的一端流向另一端，在该过程中，流入各个电解槽10内。氧气从各个电解槽10阳极侧排出汇集至氧气出口370，从而流出电堆。参阅图6、图8与图9，第五通孔3224为入水口360的一部分，第六通孔3225为氧气出口 370的一部分。膜电极组件100与阳极流场板320之间被阳极扩散层310与伸出部331分隔，入水口360与氧气出口370均位于伸出部331所在区域。

现有的一些电解槽中，伸出部331所在区域为扩散层，第五通孔3224与第六通孔3225二者与膜电极组件100之间通过扩散层分隔，但在高压状况下，扩散层的强度与硬度可能不足，膜电极组件100上位于第五通孔3224与第六通孔 3225区域周围的部分容易因过度挤压发生变形破裂。本实施例中通过设置强度与硬度更高的伸出部331，第五通孔3224与第六通孔3225二者与膜电极组件 100之间通过伸出部331分隔，增强对膜电极组件100的支撑，减小膜电极组件100上位于第五通孔3224与第六通孔3225区域周围的部分发生变形破裂的可能。

参阅图5、图6、图8与图9，进一步的，阳极流场板320包括主体部321 与支撑部322，主体部321位于靠近伸出部331与阳极扩散层310的一侧，主体部321上设有多个镂空槽3211，第五通孔3224与第六通孔3225设于支撑部322 上，第五通孔3224与第六通孔3225均与镂空槽3211连通。入水口360内的水从第五通孔3224流经镂空槽3211，到达阳极扩散层310处。本实施例中，将第五通孔3224、第六通孔3225二者和镂空槽3211分别设置于两个部分上，使第五通孔3224与第六通孔3225二者与膜电极组件100之间通过伸出部331与主体部321分隔，伸出部331与主体部321共同增强对膜电极组件100的支撑，进一步减小膜电极组件100上位于第五通孔3224与第六通孔3225区域周围的部分发生变形破裂的可能。

具体的，主体部321上的镂空槽3211为平行状，支撑部322上设有弧形的第一连通槽3221与第二连通槽3222，第一连通槽3221与第五通孔3224连通，第二连通槽3222与第六通孔3225连通，且第一连通槽3221、第二连通槽3222 均与镂空槽3211的边缘连通。水从第五通孔3224流经第一连通槽3221，进而流动至镂空槽3211，氧气从镂空槽3211流经第二连通槽3222，进而流动至第六通孔3225。

参阅图8与图9，伸出部331上远离膜电极组件100的一侧形成阳极容纳槽 332，主体部321与支撑部322设置于阳极容纳槽332内，且主体部321与位于第七通孔333内的阳极扩散层310贴紧。具体的，阳极容纳槽332内设有凹槽 334，主体部321上设有第一凸台3212，支撑部322上设有第二凸台3223，第一凸台3212与第二凸台3223卡入凹槽334内进行定位。阳极板330上靠近膜电极组件100的一侧表面上还设有呈环形的第三密封槽336，第三密封槽336内设置有密封圈，用于增强阳极板330与膜电极组件100间的密封性。阳极板330 上远离膜电极组件100的一侧表面上还设有呈环形的第二密封槽335，用于增强阳极板330与阳极电极340间的密封性。阳极板330的边缘处还朝外伸出有第三凸耳337，与前述的边框400上的第一凸耳410，以及阴极板240上的第二凸耳247位置对应。第一凸耳410位于第三凸耳337与第二凸耳247之间。

另外，在图1所示结构的两端分别设有阴极端板与阳极端板(图中省略)，二者固定连接，从而将位于阴极端板与阳极端板之间的各个电解槽10内的部件压紧。相邻的板件之间通过定位销进行定位。

如前所述，在阴极板240与阳极板330等部件上设置有多处密封槽，密封槽内设置有密封圈。参阅图12与图13，密封圈500呈环形，密封圈500的第一面520与密封槽的形状匹配，以增强贴合度。例如，图示实施例中，第一面520 为平面，前述各密封槽的槽底壁为平面。密封圈500上位于第一面520对侧的第二面530呈半圆形凸起状，当电解槽装配完成后，第二面530被压缩，以实现密封。密封圈500的侧壁上还设有凸块510，凸块510将会抵持于密封槽的槽侧壁，用于固定位置。另外，当密封圈500受到高压时，可能会受到横向(沿密封槽的宽度方向)的剪切力，因此，应该避免将密封圈500的分型线设置于侧边，以免在受到剪切力时被撕裂，如可以将分型线设置在上下位置。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.水电解电堆，其特征在于，包括：

多个电解槽，所述电解槽包括膜电极组件、阳极组件与阴极组件，所述阳极组件与所述阴极组件分别位于所述膜电极组件的两侧，所述电解槽的所述阳极组件与相邻的所述电解槽的所述阳极组件相邻设置，以及/或者，所述电解槽的所述阴极组件与相邻的所述电解槽的所述阴极组件相邻设置；

所述阳极组件包括阳极扩散层、阳极板与阳极流场板,所述水电解电堆上设有入水口与氧气出口，所述阳极板上设有沿径向朝内伸出的伸出部，所述膜电极组件与所述阳极流场板之间被所述阳极扩散层与所述阳极板分隔，且所述入水口与所述氧气出口均位于所述伸出部所在区域；

所述阳极流场板包括主体部与支撑部，所述主体部位于所述伸出部与所述阳极扩散层的一侧，所述主体部上设有多个镂空槽，所述入水口与所述氧气出口设于所述支撑部上，所述入水口与所述氧气出口均与所述镂空槽连通。

2.根据权利要求1所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极组件的中心位置设有沿轴向延伸的氢气出口第一段。

3.根据权利要求2所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极组件包括阴极板，所述阴极板的外表面上设有沿径向延伸的氢气出口第二段，所述氢气出口第二段与所述氢气出口第一段连通，所述电解槽的外侧设有氢气出口第三段，所述氢气出口第三段沿轴向贯通所述电解槽，所述氢气出口第三段与所述氢气出口第二段的外端连通。

4.根据权利要求3所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极板的外表面上设有多个沿径向延伸的氢气出口第二段，所述电解槽上设有多组沿周向均匀分布的氢气出口第三段，每组所述氢气出口第三段分别与每组所述氢气出口第二段的外端连通。

5.根据权利要求2所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极组件还包括阴极流场板，所述氢气出口第一段包括位于所述阴极流场板的中心的第一通孔，所述阴极流场板上还设有若干环形流道与直线流道，所述直线流道沿径向延伸且与所述环形流道连通，至少部分所述直线流道的端部与所述第一通孔连通。

6.根据权利要求1所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极组件包括阴极板与阴极流场板，所述阴极板与所述阴极流场板之间设有弹性导电元件。

7.根据权利要求6所述的水电解电堆，其特征在于，所述阴极板上设有朝所述阴极流场板凸出的凸出部，所述弹性导电元件套设于所述凸出部上。

8.根据权利要求1所述的水电解电堆，其特征在于，所述膜电极组件包括第一质子交换膜、第二质子交换膜与夹层，所述夹层位于所述第一质子交换膜与所述第二质子交换膜之间，所述夹层用于使从阴极侧渗透到阳极侧的氢气反应生成氢离子。

9.根据权利要求1所述的水电解电堆，其特征在于，所述膜电极组件的边缘处包裹有边框薄膜，所述边框薄膜的硬度大于所述膜电极组件的硬度。

10.根据权利要求9所述的水电解电堆，其特征在于，所述膜电极组件的阳极侧表面与阴极侧表面均设置有膜材，两处所述膜材沿径向向外伸出并粘结以形成包裹于所述膜电极组件的侧面与周面的所述边框薄膜。

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