CN118007158A - 一种极框、双极板、隔膜储液电解槽及电解水制氢系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种极框、双极板、隔膜储液电解槽及电解水制氢系统，其中，极框包括：极框本体；液体流道开口；第一气体流道开口和第二气体流道开口；第一气体通道；第二气体通道。通过本申请提供的上述极框，在进行隔膜储液电解水制氢时，能够通过液体流道开口实现供液的输送；通过液体流道开口的设置方式，能够保证稳定地通过多孔隔膜的扩散或渗透等作用，将供液输送至电极进行电解，而不影响气体的输出、收集；通过第一气体通道、第一气体流道开口、第二气体通道和第二气体流道开口来实现所制备气体的输出，从而能够实现具有工业实用价值的隔膜储液电解水制氢方案。

Description

一种极框、双极板、隔膜储液电解槽及电解水制氢系统

技术领域

本申请涉及电解水制氢技术领域，尤其涉及一种极框、双极板、隔膜储液电解槽及电解水制氢系统。

背景技术

以光伏、风电、氢能等绿色能源技术的开发与演化，在推动全球可持续能源发展至关重要。近年来，随着风、光电等可再生能源电力的广泛推广，其波动性与间歇性特点限制了其在电网中的占比。不入网和无法直接被使用的风、光电力，必须以一定的形式有效储存或利用起来。电解水制氢系统将可再生能源电力有效转化为氢化学能(绿氢)储存起来，可实现长周期的储存。同时氢本身为重要的工业化学品，存在巨大的工业应用价值。提高电解制氢系统效率，即提升电能到氢能的转化效率，可实现更高的能量利用率，有效降低单位制氢成本。

现有电解水制氢电解槽中，除电极过电位引起的电压损耗，隔膜中较高的离子传递电阻亦增加了电能损耗。同时，现有电解槽单侧(交换膜电解槽)或双侧流通有电解液，电解过程所产生的气泡，特别是需通过电解液传输的气泡，易分散于电解液中、覆盖于电极表面，增加离子传递电阻与电极过电位，进一步提高了电解能耗。

目前，隔膜储液电解水制氢方案中，水通过多孔隔膜的孔隙诱导的供应到析氢和析氧电极，从而在电极处实现固有的无气泡操作，其均有更高的能源效率，但是，现有的方案中还没有开发出具有工业实用价值的隔膜储液电解水制氢相应的方案。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本申请提供了一种极框，用于隔膜储液电解水制氢，以及相应的双极板、隔膜储液电解槽及电解水制氢系统。本申请技术方案如下：

一种极框，用于隔膜储液电解水制氢，其中，包括：

极框本体；

液体流道开口，两个以上的所述液体流道开口设置在所述极框本体上；

第一气体流道开口和第二气体流道开口，所述液体流道开口与所述极框的中部开口的距离小于所述第一气体流道开口与所述极框的中部开口的距离，并且所述液体流道开口与所述极框的中部开口的距离小于所述第二气体流道开口与所述极框的中部开口的距离；

第一气体通道，所述第一气体通道连通所述第一气体流道开口与所述极框的中部开口的一侧；

第二气体通道，所述第二气体通道连通所述第二气体流道开口与所述极框的中部开口的另一侧。

优选地，至少一个所述液体流道开口的至少一部分位于所述极框本体的上半部。

优选地，至少一个所述液体流道开口的全部位于所述极框本体的上半部；和/或，位于所述极框本体上半部的所述液体流道开口的总面积与位于所述极框本体下半部的所述液体流道开口的总面积之比为(0.8～1):1。

优选地，各所述液体流道开口靠近所述极框的中部开口的一侧至所述极框的中部开口的距离相同。

优选地，所述液体流道开口占所述极框总面积的5～15％，优选为6～12％；和/或，所述液体流道开口、第一气体流道开口和/或第二气体流道开口为圆形、正多边形、腰形和/或长条形；和/或，所述极框本体材料为金属材料或聚合物材料；和/或，所述极框为圆环形框或椭圆环形框或多边形框。

一种双极板，其中，包括：以上任一所述的极框；主极板，所述主极板位于所述极框的中部开口，所述主极板为导电材料。

优选地，所述主极板为乳突板。

一种隔膜储液电解槽，其中，包括：阴极端板和阳极端板；以上任一所述的双极板，两个以上的所述双极板位于所述阴极端板和所述阳极端板之间；阴极，所述阴极位于所述双极板一侧；阳极，所述阳极位于所述双极板另一侧；多孔隔膜，所述多孔隔膜位于两个所述的双极板之间，所述多孔隔膜延伸覆盖至所述液体流道开口的一部分，且未延伸至所述第一气体流道开口和所述第二气体流道开口；和，密封垫片，所述密封垫片位于两个所述的双极板之间、所述双极板与所述阴极端板之间、所述双极板与所述阳极端板之间，以进行密封。

优选地，所述阴极包括阴极支撑层和形成于阴极支撑层表面的催化活性层，或所述阴极为形成于所述多孔隔膜表面的催化活性层，或所述阴极为自支撑的网或多孔材料；和/或，所述阳极包括阳极支撑层和形成于阳极支撑层表面的催化活性层，或所述阳极为形成于所述多孔隔膜表面的催化活性层，或所述阳极为自支撑的网或多孔材料。

优选地，所述阴极支撑层的孔隙率和厚度均大于形成于阴极支撑层表面的催化活性层；和/或，所述阳极支撑层的孔隙率和厚度均大于形成于阳极支撑层表面的催化活性层。

优选地，所述多孔隔膜包括：核心多孔层，核心多孔层的孔径为4～50μm；封边，所述封边位于所述核心多孔层的外周，为耐热浓碱的疏水透气材料，且所述封边覆盖至部分所述液体流道开口。

优选地，所述核心多孔层的孔径为9～30μm。

优选地，所述封边的孔径为0.05～5μm，厚度为5～30μm。

优选地，所述封边的厚度为8～16μm。

优选地，所述阴极端板包括：液体出入口，两个以上的所述液体出入口分别与不同的所述液体流道开口对应；气体出口，两个以上的所述气体出口分别与所述第一气体流道开口和第二气体流道开口对应；其中，阴极端板与相邻所述双极板之间具有第一储液空间，以供液体汇流。

优选地，所述阳极端板与相邻所述双极板之间具有第二储液空间，以供液体汇流后流向逆向支路。

一种电解水制氢系统，其中，包括：以上任一所述的隔膜储液电解槽。

优选地，所述电解水制氢系统还包括：液体循环补给系统，用于向所述隔膜储液电解槽中补给供液；和/或，电源控制系统，向所述隔膜储液电解槽供电以用于电解水；和/或，气体后处理系统，以对所述隔膜储液电解槽制备得到的气体进行后处理；和/或，热能管理系统，所述热管理系统用于控制所述隔膜储液电解槽内的温度。

通过本申请提供的上述极框，在进行隔膜储液电解水制氢时，能够通过液体流道开口实现供液的输送；通过相较于第一气体流道开口和第二气体流道开口，液体流道开口的至少部分区位于所述极框本体的较内侧，能够保证稳定地通过多孔隔膜的扩散或渗透等作用，将供液输送至电极进行电解，而不影响气体的输出、收集；通过第一气体通道、第一气体流道开口、第二气体通道和第二气体流道开口来实现所制备气体的输出，从而能够实现具有工业实用价值的隔膜储液电解水制氢方案。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够使得本申请的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本申请的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

图1：本申请一个实施例中极框的一面的结构示意图；

图2：本申请另一个实施例中极框的另一面的结构示意图；

图3：本申请一个实施例中极框的一面的结构示意图；

图4：本申请另一个实施例中极框的另一面的结构示意图；

图5：本申请一个实施例中双极板及相关结构的结构示意图；

图6：本申请一个实施例中隔膜储液电解槽的结构示意图；

图7：本申请一个实施例中隔膜储液电解槽的结构爆炸示意图；

图8：本申请一个实施例中多孔隔膜的结构示意图；

图9：本申请一个实施例中多孔隔膜与极框位置的结构示意图；

图10：本申请一个实施例中阴极端板的结构示意图；

图11：本申请一个实施例中阳极端板的结构示意图。

附图标记说明：

10、极框；11、极框本体；12、液体流道开口；13、第一气体流道开口；14、第二气体流道开口；131、第一气体通道；141、第二气体通道；15、中部开口；

2、主极板；

31、阴极支撑层；32、阳极支撑层；

41、形成于阴极支撑层表面的催化活性层；42、形成于阳极支撑层表面的催化活性层；

5、多孔隔膜；51、核心多孔层；52、封边；

6、密封垫片；

7、阴极端板；71、液体出入口；72、气体出口；73、第一储液空间；

8、阳极端板；81、第二储液空间；

虚线x、多孔隔膜安装位置。

具体实施方式

本申请的以下实施方式仅用来说明实现本申请的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本申请的限制。其他的任何在未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本申请的保护范围之内。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的揭露中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于区分不同的结构，而不对具体结构的数量、连接关系等进行限定；另外“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

在一个实施例中，提供了一种极框10，以用于隔膜(多孔隔膜)储液进料电解水制氢，如图1～图4所示，包括：

极框本体11；

液体流道开口12，两个以上的所述液体流道开口12设置在所述极框本体11上；

第一气体流道开口13和第二气体流道开口14，所述液体流道开口12与所述极框的中部开口15的距离L1小于所述第一气体流道开口13与所述极框的中部开口15的距离L2，并且所述液体流道开口12与所述极框的中部开口15的距离L1小于所述第二气体流道开口14与所述极框的中部开口的距离L3(即L1小于L2且L1小于L3)；

第一气体通道131，所述第一气体通道131连通所述第一气体流道开口13与所述极框的中部开口15的一侧；

第二气体通道141，所述第二气体通道141连通所述第二气体流道开口14与所述极框的中部开口15的另一侧。

关于极框本体11的材料，可以为金属材料或聚合物材料。

关于极框11的形状没有具体限制，具体可列举为：如圆环形框或椭圆环形框等环形框；正多边形框、长方形框等多边形框等。

本申请中，第一气体流道开口13和第二气体流道开口14可以根据需要，分别独立地设置一个以上(如2个、3个、4个、5个以上)，本实施例中为分别设置一个。

关于本申请中流道开口(如液体流道开口12、第一气体流道开口13、第二气体流道开口14等)与所述极框的中部开口15的距离(如L1、L2、L3等)是指相应流道开口靠近所述极框的中部开口15一侧与所述极框的中部开口15外缘距离的最小值。

关于所述第一气体流道开口13和第二气体流道开口14的设置方位，可以如现有技术那样设置在所述极框本体11的同一侧，当安装在隔膜储液电解槽中后，使二者位于电解槽的上部，以方便向外输送气体即可。如本申请的图1～4所示，所述第一气体流道开口13和所述第二气体流道开口14均位于所述极框本体11的上侧。

本实施例提供的上述技术方案中，当将极框10用于电解制氢时，与现有技术的电解槽一样，需要将极框10与其他的结构层依次层叠(详见下文)，此时，两个以上的液体流道开口12分别因为层叠而能够各自形成流通供液(如纯水或pH≥7的水溶液(如低浓度碱、盐溶液、海水等))的液体流道，从而方便电解槽内供液的流通。同样地，两个以上的第一气体流道开口13和第二气体流道开口14分别因为层叠而能够分别形成流通所制备气体(氢气/氧气)气体流道，从而方便所制备气体的回收。

本实施例中，L1小于L2且L1小于L3，即当相较于第一气体流道开口13和第二气体流道开口14，液体流道开口的至少部分区域位于所述极框本体的较内侧(更靠近中部开口15一侧)时，参照图1、图3、图9，多孔隔膜能够延伸覆盖至液体流道开口12的至少一部分，而未延伸至第一气体流道开口13和第二气体流道开口14，从而，能够实现通过多孔隔膜的扩散或渗透等作用，将供液输送至电极进行电解，而不影响气体的输出、收集。

在使用极框10进行电解制氢时，其两侧(或者称为两面)会分别形成阳极室和阴极室(详见下文)，此时，需要将阳极室和阴极室所制备的气体(氢气/氧气)分别导出。为此，本实施例中，如图1～图4所示，在极框10上还分别设置有第一气体通道131、第二气体通道141，其中，所述第一气体通道131连通所述第一气体流道开口13与所述极框的中部开口15的一侧，所述第二气体通道141连通所述第二气体流道开口14与所述极框的中部开口15的另一侧。具体地，第一气体通道131和第二气体通道141可以为分别设置在极框本体11两面的凹槽(参照图1～图4)，也可以为设置在极框本体11内的通孔。

因此，通过本实施例提供的上述极框10，在进行隔膜储液电解水制氢时，能够通过液体流道开口12实现供液的输送；通过相较于第一气体流道开口13和第二气体流道开口14，液体流道开口12的至少部分区位于所述极框本体的较内侧，直接作用是能够保证稳定地通过多孔隔膜的扩散或渗透等作用，将供液输送至电极进行电解，而不影响气体的输出、收集；进一步作用是从气体流道中导出的气体与供液不接触，不携带供液中杂质离子，可以省略后续的气液分离模块。通过第一气体通道131、第一气体流道开口13、第二气体通道141和第二气体流道开口14来实现所制备气体的输出。

在一个实施例中，如图1～图4所示，至少一个所述液体流道开口12的至少一部分位于所述极框本体的上半部。如，具体地，至少一个所述液体流道开口的全部位于所述极框本体的上半部。

由于多孔隔膜是通过扩散或渗透等作用来将供液输送至电极进行电解制氢的。当设备尺寸较大时，如果液体流道开口均设置在所述极框本体的下半部，则由于重力等作用，导致多孔隔膜无法将供液稳定输送至电极的上部来进行电解制氢。本实施例通过上述技术方案，能够保证多孔隔膜在较高的位置处也能够直接从液体流道开口处获取供液，来通过扩散或渗透等作用向电极输送供液，从而稳定、完全地向电极供液。需要说明的是，本申请中所述极框本体的上半部、下半部分别是指，当极框处于安装状态(即极框安装于隔膜储液电解槽时的状态，也即第一气体流道开口和第二气体流道开口位于所述极框本体上侧的状态)时，穿过所述极框本体几何中心的水平直线将极框本体划分为上下两部分，其中，位于该水平直线上部的部分称为所述极框本体的上半部，位于该水平直线下部的部分称为所述极框本体的下半部。

另外，为了确保向电极供液的流场性与均匀性，位于所述极框本体上半部的所述液体流道开口的总面积小于等于位于所述极框本体下半部的所述液体流道开口的总面积，优选为，位于所述极框本体上半部的所述液体流道开口的总面积与位于所述极框本体下半部的所述液体流道开口的总面积之比为(0.8～1):1，更具体地可以选择，0.8:1、0.81:1、0.82:1、0.83:1、0.84:1、0.85:1、0.86:1、0.87:1、0.88:1、0.89:1、0.9:1、0.91:1、0.92:1、0.93:1、0.94:1、0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1:1。

在一个实施例中，如图1～图4所示，各所述液体流道开口靠近所述极框的中部开口的一侧至所述极框的中部开口的距离相同。从而能够在组装电解槽时，能够保证多孔隔膜延伸覆盖至所有液体流道开口的一部分，从而更好地实现向电极供液。

在一个实施例中，如图1～图4所示，为确保极框10中液体流道开口12面积和分布能够满足对多孔隔膜较均匀的供给供液，同时确保极框整体的机械稳定性，所述液体流道开口占所述极框总面积的5～15％，优选为6～12％，更具体地可以选择，6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％；和/或，所述液体流道开口、第一气体流道开口和/或第二气体流道开口为圆形、正多边形、腰型或长条形，或者为它们的组合，如图1、图2中示例性给出的极框中，液体流道开口包括腰形和圆形的组合；和/或，所述液体流道开口、第一气体流道开口和/或第二气体流道开口在所述极框宽度方向上的长度为所述极框宽度的0.25～0.4倍，优选0.3～0.35倍，更具体地可以选择，0.3倍、0.31倍、0.32倍、0.33倍、0.34倍、0.35倍。

在一个实施例中，提供了一种双极板，如图5所示，包括：

上述任一极框10；

主极板2，其位于所述极框10的中部开口15且为导电材料。

关于主极板2的结构本申请没有具体限制，如主极板2两侧为平面结构，或者为主极板2两侧凹凸结构(一般称为“乳突板”)

当然，为了方便在下文中描述隔膜储液电解槽的结构，在图5所示的双极板中，进一步在双极板的主极板2两侧示出了阴极(包括阴极支撑层31和形成于阴极支撑层表面的催化活性层41)、阳极(包括阳极支撑层32和形成于阳极支撑层表面的催化活性层42)。

在以上实施例给出的极框10的基础上，本实施例具体给出了包含上述任一极框10的双极板，以安装至电解槽，用于多孔隔膜进料电解水制氢。

在本申请的一个实施例中，给出了一种隔膜储液电解槽，如图6～11所示，包括：

阴极端板7和阳极端板8；

上述任一双极板，两个以上的上述双极板位于阴极端板7和阳极端板8之间；

阴极，所述阴极位于所述双极板一侧；

阳极，所述阳极位于所述双极板另一侧；

多孔隔膜5，所述多孔隔膜5位于两个所述的双极板之间，所述多孔隔膜5延伸覆盖至所述液体流道开口12的一部分，且未延伸至所述第一气体流道开口13和所述第二气体流道开口14；和，

密封垫片6，所述密封垫片位于两个所述的双极板之间、所述双极板与所述阴极端板7之间、所述双极板与所述阳极端板8之间，以进行密封。

则，如图6、图7所示，在一个电解槽中，构成了一个以上(如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个以上的)阴极、多孔隔膜5、阳极的夹层结构。此时，如上文所述，多孔隔膜5能够通过扩散、渗透等作用，将供液输送至与其紧贴的阴极、阳极，通过电解，阴极、阳极分别制备得到相应气体(如氢气/氧气)，又由于阴极、阳极为多孔结构，则能够将所制备得到的气体通过第一气体通道131、第二气体通道141分别输送至第一气体流道开口13、第二气体流道开口14，以利于气体的排出、收集。从而实现多孔隔膜进料电解水制氢。由于本实施例的隔膜储液电解槽中使用到了上述实施例中的极框10、双极板，因此，相应地，本实施例提供的隔膜储液电解槽也具有以上实施例中极框10、双极板所带来的有益效果。

关于阴极的结构，其可以为包括阴极支撑层31和形成于阴极支撑层表面的催化活性层41(如涂附于阴极支撑层表面的催化活性层)的结构(即本申请实施例所采用的方案)，优选地，所述阴极支撑层31的孔隙率和厚度均大于形成于阴极支撑层表面的催化活性层41，从而利于阴极所产生气体的扩散；也可以为形成于(如涂附于)所述多孔隔膜5表面的催化活性层；还可以为自支撑的网或多孔材料。

关于阳极的结构，其可以为包括阳极支撑层32和形成于阳极支撑层表面的催化活性层42(如涂附于阳极支撑层表面的催化活性层)的结构(即本申请实施例所采用的方案)，优选地，所述阳极支撑层32的孔隙率和厚度均大于形成于阳极支撑层表面的催化活性层42，从而利于阳极上所产生气体的扩散；也可以为形成于(如涂附于)所述多孔隔膜5表面的催化活性层；还可以为自支撑的网或多孔材料。

当阴极和/或阳极为包括上述催化活性层的结构，或者为自支撑的网或多孔材料时，催化活性层、自支撑的网和/或多孔材料可以为碳、铜、镍、铁、钴、钼、铂、钌、铼、铱等材料。

关于多孔隔膜5，如图8、图9所示，所述多孔隔膜5包括：

核心多孔层51，核心多孔层51的孔径4～50μm，优选9～30μm，可以为PET、PPS、PSU、TPU、PDMS、PTFE等材料中的一种或多种构成的多孔膜；

封边52，所述封边52位于所述核心多孔层51的外周，为耐热浓碱的疏水透气材料(如PTFE聚四氟乙烯、PP聚丙烯等)，且所述封边覆盖至部分所述液体流道开口。

其中，封边52类似于一个保护套，覆盖核心多孔层51的边缘区域，可以起到防止核心多孔层51中电解液离子扩散至所接触液体的作用，同时允许供液中的纯水以蒸汽形式扩散至核心多孔层51，因此能够允许经除杂的海水、湖水等作为供液直接通入电解槽使用。

具体地，所述封边的孔径为0.05～5μm，厚度为5～30μm，厚度优选为8～16μm。

关于阴极端板7，如图10所示，其中，图10左图为阴极端板7朝外一侧，右图为阴极端板7朝内一侧，所述阴极端板7包括：

液体出入口71，两个以上的所述液体出入口71分别与不同的所述液体流道开口12对应；

气体出口72，两个以上的所述气体出口72分别与所述第一气体流道开口13和第二气体流道开口14对应；

其中，阴极端板7与相邻所述双极板之间具有第一储液空间73，以供液体汇流。

关于阳极端板8，如图11所示，其中，图11左图为阳极端板8朝电解槽外一侧，右图为阳极端板8朝电解槽内一侧，所述阳极端板8与相邻所述双极板之间具有第二储液空间81，以供液体汇流后流向逆向支路。

在使用以上的隔膜储液电解槽时，液体流道内可以通纯水或pH≥7的水溶液(如低浓度碱、盐溶液、海水等)，相对于常规电解槽的浓碱来说，可以大大降低对极框及管路的腐蚀。具体地，电解槽运行之前，所有多孔隔膜均于20-40％浓碱(KOH或NaOH)中浸泡使之充满对应浓碱液，该操作可通过电解槽组装前将隔膜浸泡后组装，或在极框上设置一组连接各小室的液体流道，供运行前将电解槽灌满碱液，待隔膜内吸收充分的碱液后，将多余的碱液吹扫排出，优选为后者。电解槽运行时，多孔隔膜内电解液与电极接触的部分逐渐被消耗，隔膜内碱液浓度呈现浓度差，隔膜中间部分碱液会向两侧传输，同时隔膜内OH-也因电压与浓差由阴极向阳极传输；同时，由于液体流道内的水溶液离子浓度低于隔膜内浓碱，其表面饱和蒸气压显著高于隔膜内碱液的表面饱和蒸气压，当二者处于疏水透气膜两侧时，由于两者的蒸气压差，外周较低离子浓度溶液中的水将以水蒸气的形式向隔膜内离子浓度较高的溶液侧迁移，液体流道内的水可以通过浓差和汽化效应进入多孔隔膜，补充多孔隔膜内消耗的水，降低隔膜内碱液浓度，使隔膜内碱液浓度分布维持在一个动态平衡状态。

在给出了以上实施例中的隔膜储液电解槽后，本领域技术人员知晓，将之与其他组件配合，得到电解水制氢系统。

具体地，电解水制氢系统除了上述实施例中的隔膜储液电解槽外，还可以包括以下组件中的至少一个。

液体循环补给组件，用于向所述隔膜储液电解槽中补给供液。较传统采用浓碱的电解槽来说，对各管阀件的耐腐蚀的要求将降低，系统使用寿命及可靠性有较高的保障。

电源控制组件，用于向所述隔膜储液电解槽供电以用于电解水。其与现有技术中所用的电源控制组件相比，无特殊性，可根据输入电源需求，根据现有经验选择。

气体后处理组件，用于对所述隔膜储液电解槽制备得到的气体进行后处理。由于多孔隔膜进料电解水制氢时，供液主要存在于多孔隔膜中，小室内水含量低，不存在大量的电解液，因此，所制备气体的液含量较少，无需设置专门的气液分离单元，仅设置碱吸收与干燥单元。

热能管理组件，用于控制所述隔膜储液电解槽内的温度。电解是吸热反应，多孔隔膜中离子传递与电路中电阻会发热，隔膜储液电解槽可通过与极框内液体流道、所产生气体、以及外界环境之间的热传递，来降低或平衡电解槽整体的热量，在合适区域维持在合适的温度。由于电解制氢时，多孔隔膜内电解液含量较少，由电解液电阻带来的热量少，整体热量可能存在无法保证电解槽处于理想工况温度(80-90℃)的情况，可通过则增加保温或热管理设计，最大程度地保证能量的有效利用与最佳电解工况。

尽管以上对本申请的实施方案进行了描述，但本申请并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本申请权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本申请要求保护之列。

Claims (16)

1.一种极框，用于隔膜储液电解水制氢，其中，包括：

极框本体；

液体流道开口，两个以上的所述液体流道开口设置在所述极框本体上；

第一气体流道开口和第二气体流道开口，所述液体流道开口与所述极框的中部开口的距离小于所述第一气体流道开口与所述极框的中部开口的距离，并且所述液体流道开口与所述极框的中部开口的距离小于所述第二气体流道开口与所述极框的中部开口的距离；

第一气体通道，所述第一气体通道连通所述第一气体流道开口与所述极框的中部开口的一侧；

第二气体通道，所述第二气体通道连通所述第二气体流道开口与所述极框的中部开口的另一侧。

2.如权利要求1所述的极框，其中，

至少一个所述液体流道开口的至少一部分位于所述极框本体的上半部。

3.如权利要求2所述的极框，其中，

至少一个所述液体流道开口的全部位于所述极框本体的上半部；和/或，

位于所述极框本体上半部的所述液体流道开口的总面积与位于所述极框本体下半部的所述液体流道开口的总面积之比为(0.8～1):1；和/或，

所述液体流道开口、第一气体流道开口和/或第二气体流道开口在所述极框宽度方向上的长度为所述极框宽度的0.25～0.4倍。

4.如权利要求1所述的极框，其中，

所述液体流道开口占所述极框总面积的5～15％；和/或，

所述液体流道开口、第一气体流道开口和/或第二气体流道开口为圆形、正多边形、腰形和/或长条形；和/或，

所述极框本体材料为金属材料或聚合物材料；和/或，

所述极框为圆环形框或椭圆环形框或多边形框。

5.一种双极板，其中，包括：

权利要求1～4中任一项所述的极框；

主极板，所述主极板位于所述极框的中部开口，所述主极板为导电材料。

6.如权利要求5所述的双极板，其中，

所述主极板为乳突板。

7.一种隔膜储液电解槽，其中，包括：

阴极端板和阳极端板；

权利要求5或6中所述的双极板，两个以上的所述双极板位于所述阴极端板和所述阳极端板之间；

阴极，所述阴极位于所述双极板一侧；

阳极，所述阳极位于所述双极板另一侧；

多孔隔膜，所述多孔隔膜位于两个所述的双极板之间，所述多孔隔膜延伸覆盖所述液体流道开口的至少一部分，且未延伸至所述第一气体流道开口和所述第二气体流道开口；和，

密封垫片，所述密封垫片位于两个所述的双极板之间、所述双极板与所述阴极端板之间、所述双极板与所述阳极端板之间，以进行密封。

8.如权利要求7所述的隔膜储液电解槽，其中，所述多孔隔膜延伸覆盖所述液体流道开口的一部分或所述多孔隔膜延伸全覆盖所述液体流道开口。

9.如权利要求7所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述阴极包括阴极支撑层和形成于阴极支撑层表面的催化活性层，或所述阴极为形成于所述多孔隔膜表面的催化活性层，或所述阴极为自支撑的网或多孔材料；和/或，

所述阳极包括阳极支撑层和形成于阳极支撑层表面的催化活性层，或所述阳极为形成于所述多孔隔膜表面的催化活性层，或所述阳极为自支撑的网或多孔材料。

10.如权利要求9所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述阴极支撑层的孔隙率和厚度均大于形成于阴极支撑层表面的催化活性层；和/或，

所述阳极支撑层的孔隙率和厚度均大于形成于阳极支撑层表面的催化活性层。

11.如权利要求7所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述多孔隔膜包括：

核心多孔层，核心多孔层的孔径为4～50μm；

封边，所述封边位于所述核心多孔层的外周，为耐热浓碱的疏水透气材料，且所述封边覆盖至少部分所述液体流道开口。

12.如权利要求11所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述核心多孔层的孔径为9～30μm。

13.如权利要求11所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述封边的孔径为0.05～5μm，厚度为5～30μm；和/或，所述疏水透气材料为PTFE或PP中的任一种。

14.如权利要求7所述的隔膜储液电解槽，其中，

所述阴极端板包括：

液体出入口，两个以上的所述液体出入口分别与不同的所述液体流道开口对应；

气体出口，两个以上的所述气体出口分别与所述第一气体流道开口和第二气体流道开口对应；

其中，阴极端板与相邻所述双极板之间具有第一储液空间，以供液体汇流；和/或所述阳极端板与相邻所述双极板之间具有第二储液空间，以供液体汇流后流向逆向支路。

15.一种电解水制氢系统，其中，包括：

权利要求7～14中任一项所述的隔膜储液电解槽。

16.如权利要求15所述的电解水制氢系统，其中，还包括：

液体循环补给系统，用于向所述隔膜储液电解槽中补给供液；和/或，

电源控制系统，向所述隔膜储液电解槽供电以用于电解水；和/或，

气体后处理系统，以对所述隔膜储液电解槽制备得到的气体进行后处理；和/或，

热能管理系统，所述热管理系统用于控制所述隔膜储液电解槽内的温度。