CN118043499A - 具有多孔电解质板的用于电解槽的盒 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于电解槽盒(1)的电解质板(3a，3c)，该电解槽盒(1)进一步包括至少一个冷却板(2)。电解质板(3a，3c)形成有用于冷却流体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个开口(7in，7out)、用于电解质流体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个电解质流体入口(8in，9in)、以及用于气体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个气体出口(8out，9out)。在该至少一个电解质流体入口(8in，9in)与该至少一个气体出口(8out，9out)之间形成多孔区域，该多孔区域形成有被适配成使气体在位于电解质板(3a，3c)的一侧的膜(4)与位于电解质板(3a，3c)的另一侧的电解质流体路径(6a，6c)之间穿过该电解质板(3a，3c)的开口(11)。

Description

具有多孔电解质板的用于电解槽的盒

背景技术

电转X(Power-to-X)涉及电力转换、能量储存和使用剩余电功率的再转换路径，典型地是在波动的可再生能源发电超过负载的时段期间。

电解槽是利用电力驱动电化学反应例如将水分解成氢气和氧气的装置。电解槽的构造与电池或燃料电池非常相似；它由阳极、阴极和电解质组成。

电解槽产生的氢气非常适合用于氢燃料电池。电解槽中发生的反应与燃料电池中的反应非常相似，只是阳极和阴极中发生的反应相反。在燃料电池中，阳极是消耗氢气的地方，而在电解槽中，氢气是在阴极处产生的。当电解反应所需的电能来自可再生能源(比如风能或太阳能系统)时，可以形成非常可持续的系统。

直流电解(效率最多80％至85％)可以用于产生氢气，该氢气又可以经由甲烷化转化为甲烷(CH₄)，或将氢气与CO₂一起转化为甲醇，或转化为其他物质。

以这种方式(例如通过风力涡轮机)产生的能量(比如氢气)然后可以被储存以供以后使用。

电解槽可以以多种不同的方式配置，并且通常分为两种主要设计：单极和双极。单极设计典型地使用液体电解质(碱性液体)，双极设计使用固体聚合物电解质(质子交换膜)。

碱性水电解有两个电极在氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)的液体碱性电解质溶液中操作。这些电极由隔膜分开，从而将产物气体氧气O₂和氢气H₂分开，并将氢氧根离子(OH^-)从一个电极输送到另一个电极。

其他燃料和燃料电池包括磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、以及所有它们的子类别。此类燃料电池也适合用作电解槽。

如果设备中工作的流体溶液是在给定温度内以优化效率，则这是优点。如果设备可以紧凑且可扩展，则这也是优点。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种用于电解槽的电解质板，该电解槽易于生产、高效且可扩展。

本发明提供了一种用于电解槽盒的电解质板，该电解槽盒进一步包括至少一个冷却板，其中，该电解质板形成有用于冷却流体穿过该电解质板的至少一个开口、用于电解质流体穿过该电解质板的至少一个电解质流体入口、以及用于气体穿过该电解质板的至少一个气体出口，并且其中，在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间形成有多孔区域，该多孔区域形成有被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流体路径之间穿过该电解质板的开口。

因此，本发明提供了一种例如呈阳极电解质板或阴极电解质板形式的电解质板。电解质板被配置成形成电解槽盒的一部分，该电解槽盒进一步包括至少一个冷却板。该至少一个冷却板允许冷却在沿着电解质板的电解质路径中流动的电解质流体。

例如，电解槽盒可以包括呈一个阳极电解质板和一个阴极电解质板形式的两个电解质板、以及两个冷却板。这些板可以布置成使得，在这些冷却板之间形成冷却路径，在一个冷却板与阳极电解质板之间形成阳极电解质路径，并且在另一个冷却板与阴极电解质板之间形成阴极电解质路径。这允许在冷却路径中流动的冷却流体向在阳极电解质路径中流动的阳极电解质流体以及在阴极电解质路径中流动的阴极电解质流体提供冷却。相应地，可以由此获得阳极电解质流体以及阴极电解质流体的合适温度。这确保了电解槽能够以高效的方式操作。

电解槽盒可以与几个其他电解槽盒叠置以形成电解槽。这将在下面进一步详细描述。

电解质板形成有用于冷却流体穿过该电解质板的至少一个开口、用于电解质流体穿过该电解质板的至少一个电解质流体入口、以及用于气体穿过该电解质板的至少一个气体出口。相应地，冷却流体以及被供应至电解质路径的电解质流体(主要呈液态形式)和离开电解质路径的电解质流体(主要呈气态形式)可以穿过电解质板。这将在电解质板形成电解槽盒的一部分时以及在这种电解槽盒与其他电解槽盒叠置以形成电解槽时，允许此类流体被供应到相关流动路径以及从相关流动路径收回。

在电解质板中在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间形成有多孔区域。当电解质板形成电解槽盒的一部分时，电解质流体将典型地经由该至少一个电解质流体入口中的至少一个进入沿着电解质板延伸的电解质流体路径，并且经由该至少一个气体出口中的至少之一离开电解质流体路径。由于多孔区域形成在该至少一个电解质流体入口与该至少一个气体出口之间，因此在电解质流体路径中流动的电解质流体穿过多孔区域。

多孔区域形成有被适配成使气体在位于电解质板的一侧的膜与位于电解质板的另一侧的电解质流体路径之间穿过电解质板的开口。当电解槽盒叠置成电解槽时，一个电解槽盒的阳极电解质板将布置为邻近于邻近的电解槽盒的阴极电解质板，并且膜将布置在该阳极电解质板与该阴极电解质板之间。这允许水力离子(hydronic ion，H^-)从阴极电解质板经由膜输送到阳极电解质板，同时保持电解产生的产物气体(例如分别是O₂和H₂)分开。

形成有开口的多孔区域增加了电解质板的表面积。电解质板的表面的增大致使产生的电流增大，从而提高电解速率。

电解质板的开口的制作(即，向外弯折)提高了生产过程效率并减少了材料浪费。换句话说，这提高了材料资源效率，因为使用了生产电解质板所需的所有材料。

电解质板可以至少在被适配成与膜匹配的区域中是多孔的，从而允许产物气体和离子扩散。根据该实施例，就整个膜被布置成与多孔区域接触的意义上来说，电解质板的多孔区域与膜的区域匹配。这允许产物气体和离子在膜的整个区域中扩散。

形成在多孔区域中的开口可以通过半切割形成，从而允许切开部分形成向外弯折的折片。根据该实施例，在电解质板中形成切口。切口限定了折片，这些折片然后被向外弯折，从而产生形成多孔区域的开口。

电解质板的与在这些折片的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。根据该实施例，向外弯折的折片从电解质板的一侧突出，而电解质板的相反侧基本上是平坦的，即基本上没有这样的突起。电解质板的具有突出的向外弯折的折片的这侧可以面向电解质流体路径，而相反的、基本上平坦的那侧可以面向膜。

可以在形成在多孔区域中的开口周围形成凹部。根据该实施例，凹部有助于将气体(比如氢气或氧气)朝向开口引导。

凹部可以沿电解质板的长度方向延伸。根据该实施例，气体基本上沿着电解质板的长度方向、从而基本上沿着电解质流体路径中的电解质流体的流动方向被朝向开口引导。这确保了气体穿过开口的顺畅流动。

凹部可以覆盖形成在多孔区域中的多个开口。根据该实施例，给定的凹部将气体朝向多个开口引导。这是确保气体穿过多个开口的顺畅流动的简单方式。

凹部可以形成在电解质板的被适配成面向膜的表面处。在开口是由从电解质板的面向电解质流体路径的表面突出的突起(比如向外弯折部分)形成的情况下，该面向膜的表面可以基本上是平坦的。在该表面中形成凹部将确保朝向膜的界面保持基本上平坦，从而致使电解质板与膜之间的牢固接触。

形成在多孔区域中的开口中的每一个可以由两个切口形成，并且这两个切口之间的区段可以形成外推区段，该外推区段在两个位置处接触电解质板的其余部分。根据该实施例，多孔区域的开口是通过在电解质板中为每个开口提供两个切口(例如两个基本上平行的切口)而形成的。然后，将布置在两个切口之间的区段向外推，从而在外推区段与电解质板的其余部分之间形成间隙，该间隙限定了与两个原始切口相对应的两个开口。该间隙与这两个开口形成了多孔区域处的开口。然而，外推区段的例如基本上垂直于这两个切口延伸的两个端部保持附接到电解质板的其余部分。因此，外推区段可以具有类似于桥或拱的形状。

外推区段可以定位成使得由两个切口和外推区段限定的这两个开口中的至少一个指向相应电解质气体出口的方向。与上述实施例类似，这确保了气体穿过形成在多孔区域中的开口的顺畅流动。

电解质板的与在外推区段的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。与上述实施例类似，这确保了电解质板与膜之间良好且牢固的接触。

形成在多孔区域中的开口可以由下推凸缘形成。根据该实施例，通过将电解质板的一部分向外推、同时基本上在被向外推的部分的中心处形成孔或开口来形成开口。这形成了具有自由端的凸缘，该自由端限定了形成在被向外推的部分的中心处的开口的边沿。

这些下推凸缘可以定位成使得凸缘的自由端指向相应电解质气体出口的方向。与上述实施例类似，这确保了气体穿过形成在多孔区域中的开口的顺畅流动。

电解质板的与在凸缘的弯折方向上的表面相反的表面可以基本上是平坦的。与上述实施例类似，这确保了电解质板与膜之间良好且牢固的接触。

形成在多孔区域中的开口可以被形成为长度大于宽度。根据该实施例，这些开口具有长形形状。开口的形状和大小影响气体(氢气或氧气)的流动。

形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以沿着与电解质板的长度方向L平行的方向延伸，即，开口的长度方向可以沿着电解质板的长度方向L布置。

替代性地或附加地，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以沿着与电解质板的长度方向L垂直的方向延伸，即，开口的长度方向可以布置成基本上垂直于电解质板的长度方向L。

替代性地或附加地，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口可以定位成其长度方向相对于电解质板的长度方向L成角度。根据该实施例，形成在多孔区域中的开口中的至少一些开口被布置成其长度方向既不平行于也不垂直于电解质板的长度方向L。替代地，这些开口被布置成其长度方向与电解质板的长度方向L成角度，例如，成在30度至60度区间内(比如大约45度)的角度。

形成在多孔区域中的开口可以具有“肉骨”形的弯曲形状。根据该实施例，这些开口具有与肉骨的形状类似的形状，即，端部处比中心区段处宽。肉骨开口形状是避免在电解槽板处进行开口压出过程期间可能发生的电解槽板的不希望变形的措施。肉骨形状是使张力较小以使板保持正确的形状的最佳形状。

形成在多孔区域中的开口可以具有凹形区段和凸形区段。例如，上述“肉骨”形状就是这种情况。例如，形成在多孔区域中的开口的相反两端可以从相应开口的内侧看去是凹形的，并且从相应开口的内侧看去在中心处形成有凸形区段。相应地，如上所述，这降低了电解槽板发生不希望的变形的风险。

形成在多孔区域中的开口可以是对称的，其中两个半部彼此镜像。这些开口的对称特征将平衡由按压力引起的深拉应力，并减少或甚至防止变形的发生。

形成在多孔区域中的开口在中心部分处的宽度可以小于当电解质板和冷却板在电解槽盒中彼此连接时形成在相邻冷却板中的接触柱的上部宽度或直径。根据该实施例，接触柱确保在电解质板与相邻冷却板之间的适当间距，并且可以进一步确保这些板之间的电接触。然而，这是在使穿过形成在多孔区域中的开口的流动由于接触柱而受到的阻碍最小的情况下实现的。

附图说明

图1是用于电解槽的盒的示意图，

图2是由一堆盒形成的电解槽的图示，

图3A是由弯折区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3B是由凹入区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3C是由向下弯折区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3D是由凸缘形成的电解质板中的开口的图示，

图3E是由弯曲区段形成的电解质板中的开口的图示，

图3F是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向垂直于电解质板的中心线L，

图3G是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向平行于电解质板的中心线L，

图3H是电解质板中的开口的图示，这些开口定位成它们的长度方向相对于电解质板的中心线L成角度，

图3I是电解质板中的开口的示意图，其中一些开口定位成它们的长度方向垂直于电解质板的中心线L，而其他开口定位成它们的长度方向平行于电解质板的中心线L，

图3J是电解质板中的开口的图示，其中这些开口定位成它们的长度方向相对于电解质板的中心线L成角度，并且相对于彼此处于两个相反的方向，

图3K是电解质板中的开口的图示，其中一些开口不存在或空白，

图4是电解质板和冷却板中分别围绕相应的电解质入口和冷却流体开口的区域的图示，

图5A是冷却入口开口的区域的图示，

图5B是冷却入口开口的区域的图示，展示了形成在突出部中的开口，

图5C是阴极电解质气体出口的区域的图示，

图5D是阳极电解质气体出口区域的图示，

图6是电解质气体出口的区域中的电解质板或冷却板的端截面的图示，示出了屏障，

图7是阳极电解质气体出口的区域的图示，示出了具有珠缘的外部垫片，

图8A和图8B是两个垫片部分之间的膜固定的图示，

图9是冷却板的冷却单元的图示，

图10是通过交叉突出部相接触的两个冷却板的冷却单元的图示，

图11是形成根据本发明的电解槽盒的一部分的冷却板和电解质板的侧视图，示出了接触柱，以及

图12A和图12B展示了冷却板的接触柱之间的可能的几何关系。

具体实施方式

详细描述和具体示例虽然指示了本发明的实施例，但仅以说明的方式给出。

图1展示了根据本发明的用于电解槽的盒1的基本设置。盒1由两个冷却板2和两个电解质板3a、3c(分别为阳极板3a和阴极板3c)形成。

每个冷却板2均经过图案化，冷却板2中的一个冷却板的一侧连接到阳极板3a，而两个冷却板2中的另一个冷却板在一侧连接到阴极板3c。两个冷却板2在其相应的另一侧彼此连接。因此，两个冷却板2在一侧面向彼此，并且在另一相反侧，它们各自分别面向阳极板3a和阴极板3c形式的电解质板3a、3c。

两个相连接的冷却板2之间形成了冷却路径5，该冷却路径适合于冷却流体从冷却流体入口7in流到冷却流体出口7out。

类似地，在阳极板3a与冷却板2中所连接的一个冷却板之间形成了阳极电解质路径6a，在阴极板3c与冷却板2中所连接的一个冷却板之间形成了阴极电解质路径6c。

电解质经由阳极电解质流体入口8in供给到阳极电解质路径6a中以替代被转变为气体(例如O₂)的电解质，该气体经由阳极电解质气体出口8out离开阳极电解质路径6a。类似地，电解质经由阴极电解质流体入口9in供给到阴极电解质路径6c中以替代在阴极电解质路径6c内的被转变为气体(例如H₂)的电解质，该气体经由阴极电解质气体出口9out离开阴极电解质路径6c。

图1展示了电解质如何像柱一样定位在电解质路径6a、6c内，其中电解质中被形成为气体并且经由相应电解质气体出口8out、9out离开相应电解质路径6a、6c的比例被经由相应电解质入口8in、9in供给到电解质路径6a、6c中的新电解质替代。

盒1适合于薄的多孔箔，该箔也称为隔膜或膜4、将定位在两个相连接的盒1的相应阳极板3a与阴极板3c之间(也参见图2)。

膜4是电绝缘的或不导电的，以避免电解质板3a、3c之间的电短路。

膜4可以连接在电解质板3a、3c的分别相对于阳极电解质路径6a和阴极电解质路径6c的外表面处，并且可以通过稍后将更详细地描述的夹式垫片来固定。

电解质溶液(例如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH))经由阳极电解质流体入口8in供给到阳极电解质路径6a，并且经由阴极电解质流体入口9in供给到阴极电解质路径6c。

图2展示了并排连接的三个盒1，其中膜4被挤压在它们之间而将产物气体分开并允许氢氧根离子(OH^-)从阴极板3c输送到阳极板3a，从而在阳极电解质路径6a中产生氧气并且在阴极电解质路径6c中产生氢气。然后可以分别在阳极气体出口8out和阴极气体出口9out处收集氧气和氢气。

电解质板3a、3c至少在被适配成与膜4匹配的区域中是多孔的，从而允许产物气体的扩散和氢氧根离子(OH^-)输送穿过膜4并且因此穿过电解质板3a、3c的多孔区域。

图3A至图3J展示了此类孔隙或电解质板开口11的不同实施例。

图3A展示了电解质板开口11形成为折片11a的实施例，这些折片是由允许切开部分形成向外弯折的折片11a的切口形成。电解质板3a、3c的与在折片11a的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面相对于所连接的冷却板2面向外，以形成与膜4的接触表面。

折片11a朝向邻近于电解质板3a、3c布置的冷却板2伸出，可能不接触该冷却板，并且因此进入相应的电解质路径6a、6c中。折片11a可以定位成使得它们“指向”相应电解质气体出口8out、9out的方向，从而确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

图3B展示了与图3A相同的实施例，其具有向外弯折的折片11a，但是其中在电解质板开口11周围形成凹部12，该凹部可能沿电解质板3a、3c的长度方向延伸，并且可能覆盖多个电解质板开口11。在每个电解质板3a、3c中可以形成多个这样的凹部，并且电解质板开口11中的一些或全部可以位于这样的凹部12内。

凹部12形成在被适配成面向膜4的原本平坦的表面处，并且形成凹部是为了方便并引导气体(比如氢气和氧气)从膜4朝向开口11的流动。

图3C展示了电解质板开口11由两个切口形成并且两个切口之间的区段形成外推区段11b的实施例，该外推区段为例如“桥形”、“弓形”、“拱形”等。外推区段11b在两个位置处接触电解质板3a、3c的其余部分，从而沿着由这两个切口限定的方向形成外推区段11b的相反两端。

外推区段11b可以定位成使得这两个开口11中的形成于外推区段11b下方的至少一个开口指向相应电解质气体出口8out、9out的方向。这确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

电解质板3a、3c的与在外推区段11b的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面相对于所连接的冷却板2面向外，以形成与膜4的接触表面。

外推区段11b于是将面向相应的冷却板2，优选地不接触该冷却板，并且因此延伸到相应电解质路径6a、6c中。

图3D展示了电解质板开口11由形成凸缘11c的下推开口形成的实施例。就生产而言，这是简单的构造，并且凸缘11c的基本上平滑的过渡使得气体(比如氢气和氧气)能够顺畅地流入相应电解质路径6a、6c中。

凸缘11c可以定位成使得凸缘11c的自由端指向相应电解质气体出口8out、9out的方向。这确保进入的气体(比如氢气或氧气)顺畅流动。

电解质板3a、3c的与在凸缘11c的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。电解质板3a、3c定位成使得平坦表面形成与膜4的接触表面。

凸缘11c于是将朝向相应的冷却板2伸出，优选地不接触该冷却板，并且因此延伸到相应的电解质路径6a、6c中。

图3E展示了电解质板开口11被形成为长度大于宽度并且它们可以沿至少两个不同的方向11d、11e、11f定向的实施例，如下面将参照图3F至图3J描述的。

在所示实施例中，开口11具有类似于肉骨的弯曲形状，并且因此可以被称为“肉骨”形。这意味着开口11具有凹形区段和凸形区段。在所示实施例中，从开口11d、11e的内侧看到，沿由开口11的长度限定的方向彼此相反布置的两端是凹形的，并且从开口11d、11e的内侧看到，在中间部分处存在凸形区段。因此，这些端部可以形成圆形形状或椭圆形形状的一部分。凸形区段的宽度X小于凹形区段的宽度Y。由两个点(A和B)限定的线(D)与水平轴线(H)之间的角度在5°至20°之间。

开口11d、11e、11f可以是对称的，其中两个半部彼此镜像。

图3F展示了开口11d定位成其长度方向与沿盒1的长度方向经过的中心线L垂直的实施例。中心线L还平行于冷却流体从冷却流体入口7in流到冷却流体出口7out的总体方向。

中心线L也对应于与板2、3a、3c的长度方向平行的线。

图3G展示了开口11e被定位成其长度方向平行于中心线L的实施例。

图3H展示了开口11f定位成其长度方向相对于中心线成角度(例如45度)的实施例。

图3I展示了一些开口11d定位成其长度方向垂直于中心线L、而其他开口11e定位成其长度方向平行于中心线L的实施例。在所示实施例中，它们定位成阵列状结构，其中一种取向的开口11d、11e中的每一个在所有侧面处都被另一种取向的开口11e、11d围绕。开口11e的宽度X与开口11d的宽度X的下端之间的距离Z大于宽度X。

图3J基本上是图3H与图3I的实施例的组合，其中开口11f相对于彼此在两个相反的方向上成角度，并且相对于中心线L成大约45度的角度。

图3K展示了与图3F的实施例类似的实施例，但是一些开口11e不存在或者是空白的。换句话说，电解质板3a、3c存在没有开口11的区域。这允许形成在邻近的冷却板2(参见图9至图11)中的接触柱19接触电解质板3a、3c，而不阻塞开口11。作为替代方案，接触柱19可以形成在电解质板3a、3c中并且朝向邻近的冷却板2伸出。作为另一替代方案，每个接触柱19可以由两部分形成，其中一部分形成在电解质板3a、3c中，另一部分形成在邻近的冷却板2中，并且这两个部分彼此接触而形成接触柱。

根据一个实施例，开口11在中心部分处的宽度可以小于接触柱19的上部宽度或直径。这确保了开口11的仅一部分被接触柱19阻塞，同时维持与电解质板3a、3c的接触。

具有用于接触柱19的接触区域或较小宽度直径的实施例也可以适用于图3A至图3J的实施例中的任何实施例。

电解质板3a、3c的活性区域形成在电解质流体入口8in、9in与气体出口8out、9out之间，并且形成有开口11，即活性区域是多孔的。该活性区域被适配成与膜4对齐。

图4示出了电解质板3a、3c和冷却板2在相应电解质气体入口8in、9in和冷却流体入口7in或冷却流体出口7out周围的区域。

在所示实施例中，作为冷却流体入口7in和/或冷却流体出口7out的冷却流体开口7in、7out定位在板3a、3c、2的拐角处，但是它们可以定位在其他地方，比如定位在板3a、3c、2的中心处。

冷却路径5中的冷却流体流动方向可以与相应电解质路径6a、6c中的电解质流体流动方向相反。作为替代方案，冷却流体流和电解质流体流可以沿相同方向。冷却流体入口7in和/或冷却流体出口7out可以分别由一个或多个开口7in、7out(比如如图所示的两个开口7in、7out)组成。

该实施例进一步示出了分别位于两个冷却开口7in、7out之间的阳极电解质入口8in和阴极电解质入口9in，比如相对于沿盒1的长度方向经过并由此沿板3a、3c、2的长度方向经过的中心线L看到，这些入口在板3a、3c、2的各自半部中。例如，电解质入口8in、9in可以定位在其各自半部的中心处或附近。

电解质板3a、3c、可能还有冷却板2可以相对于中心线L对称，相应板3a、3b、2的左半部与其右半部镜像。

盒1中的四个板3a、3c、2连接成使得冷却开口7in、7out与冷却路径5流体连接，但与电解质路径6a、6c密封。阳极电解质开口8in、8out分别与冷却流体路径5和阴极电解质开口9in、9out密封。以相同的方式，阴极电解质开口9in、9out分别与冷却流体路径5和阳极电解质开口8in、8out密封。这在图5A至图5D中更详细地展示。

图5A至图5D展示了位于阳极电解质板3a与阴极电解质板3c之间的两个冷却板2。外垫片31可以定位在相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的外圆周处，以当连接到另一盒1时朝向外部密封。当多个盒1以其相应的开口7in、7out、8in、8out、9in、9out对齐的方式叠置时，这些开口组合成穿过所有盒1的所有四个板3a、3c、2的开口体积。

图4示出了膜4覆盖电解质板3a、3c的活性区域。活性区域是电解质流体入口8in、9in与电解质气体出口8out、9out之间的区段，并且是电解质板开口11所在的地方。环绕活性区域的是垫片33'，该垫片将活性区域内的电解质流体与电解质气体出口8out、9out分开。

图5A展示了冷却入口开口7in的区域，但是冷却出口开口7out的区域可以以类似的方式设计，并且因此下面阐述的评论同等地适用于冷却出口开口7out。两个冷却板2在边沿处彼此接触并且可通过例如焊接或钎焊50彼此固定。

在板3a、3c、2中的相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的圆周处可以形成突出部55，以接触邻近的板3a、3c、2，可能接触形成在邻近的板3a、3c、2中的类似突出部55。这稳定了相应开口7in、7out、8in、8out、9in、9out的区域。

还参见图5B，形成冷却流体入口7in的一部分的开口56形成在突出部55中，以便允许相应的流体进入相应的流动路径5、6a、6c。

在图5A和图5B中，流动路径为冷却流体路径5；在图5C中，流动路径为连接至阴极电解质气体出口9out的阴极电解质路径6c；而在图5D中，流动路径为连接至阳极电解质气体出口8out的阳极电解质路径6a。

在图5A中，看到开口56是形成在冷却板2中的突出部55中的凹部57。凹部57确保了形成在冷却板2中的突出部55不接触形成在邻近的电解质板3a、3c中的突出部55。作为替代方案，可以仅在冷却板2之一中形成凹部57，或者可以在两个冷却板2中均形成凹部57。如果在两个冷却板2中均形成，则凹部57可以布置成彼此面向，或者它们可相对于彼此偏移。

在图5A中，仅在两个冷却板2中形成凹部57，但是它可以替代性地在电解质板3c、3a之一或二者中形成，或者在冷却板2之一或二者中以及在阴极板3c和阳极板3a之一或二者中形成。

在图5C中，仅在冷却板2之一中，即在面向阴极板3c的冷却板2中形成凹部57。以类似的方式，在图5D中，仅在面向阳极板3a的冷却板2中形成凹部57。对于这两个实施例，可以替代性地在连接到相应的阴极板3c或阳极板3a或两者的冷却板2突出部55中形成凹部57。

图6展示了电解质气体出口8out、9out周围的区域中的电解质路径6a、6c之一(即阳极电解质路径6a或阴极电解质路径6c)的实施例截面。冷却板2在该区域中可以以类似的方式形成。

电解质路径6a、6c可以包括从板2、3a、3c的边缘60朝向中心线L和相应电解质气体出口8out、9out延伸的区段。

相应的电解质气体出口8out、9out之一将向相应的电解质路径6a、6c打开，而另一个将例如通过垫片33以类似于冷却流体开口7in、7out的方式以及可选地还通过板2、3a、3c的圆周边缘被封闭或密封。

为了将电解质气体出口8out、9out周围的上部区段电解质路径6a、6c与主要的气体产生所发生在的下部区段部分地分开，设置了内部气体屏障26，该内部气体屏障阻挡气体流回到活性区域的下部区段。

内部气体屏障26可以包括两个半部，这两个半部各自朝向中心线L下倾或成斜坡，对应于朝向内部气体屏障26中的排放口27所在的活性区域下倾或成斜坡，从而允许流体、特别是液体形式的流体在该区段中由于重力而滴回到活性区域以进行进一步处理。这进一步防止液体进入气体出口8out、9out并在系统中进一步传递。这是优点，因为液体的传递可能会带来短路的风险。

盒1可以被适配成定位在基本竖直的位置，其中气体出口8out、9out在顶部，而电解质流体入口8in、9in在底部。然后，未溶解的液体将由于重力而倾向于向下落下，并且将被内部气体屏障26收集，因为它们比气体重。下倾或成斜坡的气体屏障26将引导液体朝向气体屏障排放口27。

下部的内部气体屏障26a可以定位在气体屏障排放口27处，紧接在内部气体屏障排放口27下方面向活性区域的那侧处。

屏障26、26a、27可以形成在电解质板3a、3c或者所连接的冷却板2中的任一者中，或者形成在两者中，并且将被适配成接触邻近的板2、3a、3c。

图6所示的区段可以进一步包括例如形成为波纹24和/或凹痕25的气体屏障24、25，以使气体以蜿蜒的方式流动，以将气体和液体在该区段内进一步分布。

相应的电解质气体出口8out、9out被出口堵塞物28部分地包围，从而仅允许气体经由出口堵塞物28中的开口29离开该区段并朝向电解质气体出口8out、9out移动。面向下部区段，出口堵塞物28可以设置有出口堵塞物排放口30，该出口堵塞物排放口允许可能剩余的流体(主要呈液体形式)排回到该区段。

比如气体屏障24、内部气体屏障26和出口堵塞物28等屏障可以由板2、3a、3c上的面向彼此并相连接的突出部形成，从而阻挡流体和气体通过。类似地，凹痕25可以由突出部形成，这些突出部可能向两侧突出并且在板2、3a、3c的相对的两个侧面处接触，以便在该区段中形成支撑。

图7展示了电解质气体出口8out、9out的外垫片31的实施例，这些外垫片形成有伸入电解质气体出口8out、9out中的“珠缘”32，其中当连接到其他盒1时，珠缘32延伸到两个电解质气体出口8out、9out中。这防止流体流入气体通道、电解质路径6a、6c中，并且防止流体泄漏到两个相连接的盒1之间的区段中。

图8A和图8B示出了通过将膜4夹持在两个垫片部分13、14(第一垫片部分13(例如EPDM垫片)与第二垫片部分14(例如Viton垫片))之间而将膜4固定在两个相连接的盒1之间的实施例。

膜4被夹持在相连接的盒1的两个电解质板3a、3c之间并且放置在电解质板3a、3c中的凹槽13a'中以将它们固持在位。为此，垫片部分13、14可以形成有被适配成定位在凹槽13a'内的突出部13'、14'。

一个垫片部分(例如第二垫片部分14)形成有锁定部分15，该锁定部分延伸穿过膜4中的孔4a和另一垫片部分(例如第一垫片部分13)的垫片孔16。锁定部分15的外部部分的直径比膜4的孔4a更大并且因此必须被用力推动穿过。这确保了膜4和垫片部分13、14牢固地保持在一起，并且基本上防止了它们之间的相对移动。相应地，确保了盒1的各个部分相对于保持彼此适当对齐，并且使泄漏的风险最小化。

第一垫片部分13和/或第二垫片部分14中的任一个可以分别设置有锁定部分15和垫片开口16。

第一垫片部分13或第二垫片部分14相应地可以是环绕活性区域的垫片33'。

在实施例中，垫片33'相应地由第一垫片部分13和第二垫片部分14形成，该第一垫片部分和该第二垫片部分被适配成在膜4的各自侧面处进行密封。相应的第一垫片部分13和第二垫片部分14可以由适合于其各自在膜4的两侧的环境的不同材料形成，其中一个可能由廉价的材料制成。

这样的固定件4a、13a'、13'、14'、15、16可以以规则的间隔定位在膜4的圆周上。

图9展示了形成有冷却单元17的冷却板2，这些冷却单元至少分布在接触被适配成被膜4覆盖的电解质板3a、3c的区域中，即活性区域。

冷却单元17的目的是确保冷却流体或冷却在冷却板2上均匀分布，并且相应地在邻近的电解质板3a、3c上均匀分布。图9仅示出了几个冷却单元17(总共八个冷却单元17)，并且相应地仅示出了冷却板2的小部分。然而，应当理解，它们可以分布在整个活性区域上，或者至少其大部分上，或者甚至分布在冷却板2的整个区域上。

冷却单元17可以形成有图案18，该图案被适配成接触所连接的邻近冷却板2的类似图案18，从而在冷却单元17内形成冷却路径5。然而，图案18不接触位于相反侧的电解质板3a、3c，因此接触柱19分布在冷却板2上，比如在冷却单元17内，如图9所示。形成在相应冷却单元17中的接触柱19指向邻近的电解质板3a、3c，而不是指向邻近的冷却板2。相应地，相应的邻近冷却板2的接触柱19不会指向彼此或伸入形成在两个冷却板2之间的冷却单元17中。

接触柱19被定位成在电解质板开口11之间的区域中接触相应的邻近电解质板3a、3c。这确保了板2、3a、3c的支撑以及冷却板2与电解质板3a、3c之间在整个活性区域上的均匀距离，并且基本上与电解槽盒内的压力条件无关。接触柱19还可以形成与电解质板3a、3c的电接触，从而向它们供应电流/电压。

接触柱19可以例如通过焊接或软焊固定地附接至相应的电解质板3a、3c。替代性地，可以简单地通过将板2、3a、3c压在一起来推动接触柱19与相应的电解质板3a、3c接触。

在图9所示的实施例中，接触柱19形成冷却板2的一部分，并且附接到相应的电解质板3a、3c或被推动成与相应的电解质板接触。作为替代方案，接触柱19可以形成电解质板3a、3b的一部分，并且附接到冷却板2或被推动成与冷却板接触。作为另一替代方案，每个接触柱19可以包括形成冷却板2的一部分的部分以及形成电解质板3a、3c的一部分的部分，并且这两个部分可以彼此附接或被推动成彼此接触以形成接触柱19。

每个冷却单元17经由相应的冷却单元入口21从在冷却单元17之间延伸的冷却单元供应通道20被提供冷却流体。每个冷却单元供应通道20可以连接到多个冷却单元17。

冷却流体(现在具有升高的温度)经由冷却单元出口23离开冷却单元17，并且被供给到冷却单元返回通道22，其中每个冷却单元返回通道22可以连接到多个冷却单元17。

根据一个实施例，冷却板2的形成有冷却单元17的区域可以被适配成与电解质板3a、3c的活性区域对齐，使得能够控制电解质流动路径6a、6c中的电解质流体中发生的气体产生过程的温度。

冷却单元17被冷却单元壁17a围住，其中相应的冷却单元入口21和冷却单元出口23形成在冷却单元壁17a中。冷却单元壁17a将各个冷却单元17彼此分开，并且可以形成为两个冷却板2中相连接而形成流动屏障的突出部。

图10展示了上下定位的两个冷却板2的冷却单元17。相应的冷却单元17的波纹图案18被定位成彼此交叉并且在由图案18限定的交叉点处相接触。这确保冷却流体的流动在穿过每个冷却单元17内的冷却流体路径5时改变方向，因为它在由图案18限定的波纹上方和下方流动。

图9和图10所示的波纹图案18只是实施例，也可以应用任何其他合适的图案，如V形、凹痕等。

相应的两个相连接的冷却板2的相连接的冷却单元17的冷却单元入口21和冷却单元出口23被定位成对齐。在所示实施例中，相对于冷却流体流的流动方向看到，入口21位于冷却单元壁17a的上部部分处，而出口23位于底部部分处。

图11是在两个电解质板3a、3c处具有膜4的盒1的截面视图。在两个冷却板2之间形成冷却流动路径5，并且在冷却板2与相应的电解质板3a、3c之间形成阳极电解质路径6a和阴极电解质路径6c。

可看到接触柱19指向电解质板3a、3c，从而接触这些电解质板。通过接触柱19与电解质板3a、3c建立电接触，因此冷却板2本身用作电导体。

接触柱19可以不固定至电解质板3a、3c，并且在实施例中，可以通过电解质路径6a、6c中的电解质溶液的压力高于冷却流体路径5中的冷却流体2的压力来确保接触。

图12A和图12B示出了冷却板2的接触柱19之间的几何关系。冷却板2的厚度(t)优选地在0.5mm至0.7mm的范围内。接触柱19放置在矩形的拐角处。位于矩形的第一拐角处的接触柱19与位于矩形的第二拐角处的接触柱19之间的水平距离为Z。X是水平距离Z的长度的一半，且小于冷却板2的厚度t的160(一百六十)倍，并且高于冷却板2的厚度t的30(三十)倍。位于矩形的第一拐角处的接触柱19与位于矩形的第四拐角处的接触柱19之间的竖直距离为Y，并且大于X的一半且小于X的两倍。

图12A示出了冷却板2的实施例，其中接触柱19分布在矩形的拐角处并且在矩形的对角线(D)的交点处放置了一个接触柱19。

图12B示出了冷却板2的实施例，其中接触柱19分布在矩形的拐角处并且在水平距离Z的一半长度(即X)处定位了两个接触柱19。

附图标记

1–盒

2–冷却板

3a–阳极电解质板

3c–阴极电解质板

4–膜

4a–膜孔

5–冷却路径

6a–阳极电解质路径

6c–阴极电解质路径

7in–冷却流体入口

7out–冷却流体出口

8in–阳极电解质流体入口

8out–阳极电解质流体气体出口

9in–阴极电解质流体入口

9out–阴极电解质流体气体出口

10–夹式垫片

11–电解质板开口

11a–切开区段

11b–下推区段

11c–凸缘

11d、11e、11f–具有弯曲形状的电解质板开口

12–凹部

13–第一垫片部分

13'–突出部

13a'–凹槽

14–第二垫片部分

14'–突出部

15–锁定部分

16–垫片孔

17–冷却单元

17a–冷却单元壁

18–图案

19–接触柱

20–冷却单元供应通道

21–冷却单元入口

22–冷却单元返回通道

23–冷却单元出口

24–气体屏障

25–凹痕

26–内部气体屏障

26a–下部内部气体屏障

27–内部气体屏障中的排放口

28–出口堵塞物

29–出口堵塞物中的开口

30–出口堵塞物排放口

31–外垫片

32–气体出口垫片的珠缘

33–垫片

33'–环绕活性区域的垫片

50–焊接/钎焊

55–突出部

56–开口

57–凹部

60–板边缘。

Claims (23)

1.一种用于电解槽盒(1)的电解质板(3a，3c)，该电解槽盒(1)进一步包括至少一个冷却板(2)，其中，该电解质板(3a，3c)形成有用于冷却流体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个开口(7in，7out)、用于电解质流体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个电解质流体入口(8in，9in)、以及用于气体穿过该电解质板(3a，3c)的至少一个气体出口(8out，9out)，并且其中，在该至少一个电解质流体入口(8in，9in)与该至少一个气体出口(8out，9out)之间形成有多孔区域，该多孔区域形成有被适配成使气体在位于该电解质板(3a，3c)的一侧的膜(4)与位于该电解质板(3a，3c)的另一侧的电解质流体路径(6a，6c)之间穿过该电解质板(3a，3c)的开口(11)。

2.根据权利要求1所述的电解质板(3a，3c)，其中，该电解质板(3a，3c)至少在被适配成与膜(4)匹配的区域中是多孔的，从而允许产物气体和离子扩散。

3.根据权利要求1或2所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11)是通过半切割形成，从而允许切开部分形成向外弯折的折片(11a)。

4.根据权利要求3所述的电解质板(3a，3c)，其中，该电解质板(3a，3c)的与在这些折片(11a)的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，在形成在该多孔区域中的开口(11)周围形成有凹部(12)。

6.根据权利要求5所述的电解质板(3a，3c)，其中，该凹部(12)沿该电解质板(3a，3c)的长度方向延伸。

7.根据权利要求5或6所述的电解质板(3a，3c)，其中，该凹部(12)覆盖形成在该多孔区域中的多个开口(11)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，该凹部(12)形成在该电解质板(3a，3c)的被适配成面向该膜(4)的表面处。

9.根据前述权利要求中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11)中的每一个由两个切口形成，并且其中，所述两个切口之间的区段形成外推区段(11b)，该外推区段在两个位置处接触该电解质板(3a，3c)的其余部分。

10.根据权利要求9所述的电解质板(3a，3c)，其中，该外推区段(11b)定位成使得由所述两个切口和该外推区段限定的两个开口中的至少一个开口指向相应电解质气体出口(8out，9out)的方向。

11.根据权利要求9或10所述的电解质板(3a，3c)，其中，该电解质板(3a，3c)的与在这些外推区段(11b)的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11)由下推凸缘(11c)形成。

13.根据权利要求12所述的电解质板(3a，3c)，其中，这些下推凸缘(11c)定位成使得这些凸缘的自由端指向相应电解质气体出口(8out，9out)的方向。

14.根据权利要求12或13所述的电解质板(3a，3c)，其中，该电解质板(3a，3c)的与在这些凸缘(11c)的弯折方向上的表面相反的表面基本上是平坦的。

15.根据前述权利要求中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11，11d，11e，11f)被形成为长度大于宽度。

16.根据权利要求15所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口中的至少一些开口(11d)沿着与该电解质板(3a，3c)的长度方向L平行的方向延伸。

17.根据权利要求15或16所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口中的至少一些开口(11e)沿着与该电解质板(3a，3c)的长度方向L垂直的方向延伸。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口中的至少一些开口(11f)被定位成这些开口的长度方向相对于该电解质板(3a，3c)的长度方向L成角度。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11d，11e，11f)具有“肉骨”形的弯曲形状。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11d，11e，11f)具有凹形区段和凸形区段。

21.根据权利要求20所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11d，11e，11f)的相反两端从相应开口(11d，11e，11f)的内侧看去是凹形的，并且从相应开口(11d，11e，11f)的内侧看去在中心处形成有凸形区段。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11d，11e，11f)是对称的，其中两个半部彼此镜像。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的电解质板(3a，3c)，其中，形成在该多孔区域中的开口(11d，11e，11f)在中心部分处的宽度小于当该电解质板(3a，3c)和该冷却板(2)在电解槽盒(1)中彼此连接时形成在相邻冷却板(2)中的接触柱(19)的上部宽度或直径。