用于电解池的复合流板的利记博彩app
【技术领域】
[0001]在一个方面，本发明涉及一种在电解池中用作阳极电流收集器的流板。在另一个方面，本发明涉及一种电解池。在又一个方面，本发明涉及一种在堆叠池电解槽中用作双极电流收集器的双极分离器板，在又一个方面，本发明涉及一种堆叠池电解槽。更具体地，该流板、双极分离器板、电解池和堆叠池电解槽用于通过电解从水中产生氢。
【背景技术】
[0002]在由可持续和环境可适的替代手段取代基于烃和碳的电力生产中，例如在氢动力燃料电池中，氢是重要的元素。为了这个目的，可以通过使用诸如大气或光伏电源的可变能源产生氢，以产生和存储用于在需要时转为电力的氢。这消除了对安装替代的可再生电源的一个主要的异议，即电力常在不适当的时候产生且不能符合每日的电力需求变化。因此，一直在大力发展利于基于氢的能量产生和存储的技术。
[0003]在基于氢的能量概念中，一个重要的元素是电化学装置，其能将存储在氢中的化学能转换为电能(氢燃料电池)及反之地，通过由电解(水电解槽)从水中产生氢将电能转换为化学能以存储。
[0004]就提供商业可行设计和生产方法而言，这些年基于固态电解质的燃料电池已经相当成熟。发展的一个方面是朝向设计具有改进的双极分离器板的燃料电池堆，其中双极分离器板用作为阳极/阴极电流收集器和作为用于处理阴极侧及阳极侧流体流动的流板。这种双极流板以商业可行的成本制作，例如由基于碳/石墨的可模压的混合物制作。例如，欧洲专利EP1726061B1公开了一种用在基于固态聚合物电解质的燃料电池堆中的双功能双极分离器板。该双极分离器板在前面上具有阳极流场，在后面上具有阴极流场。该双极分离器板能利于反应物和热在反应表面的往复输送以维持电解转换过程以及排出反应产物。如该文献中所进一步地讨论地，在固态电解质技术的背景中，用于燃料电池的分离元件典型地由碳复合材料制作。
[0005]然而如上面提到的，基于氢的能量产生和存储的概念还要求用于通过产生氢来存储以将电能转换为化学能的合适的电解槽。氢以高压存储在气体存储器中，例如用于日后作为氢燃料电池中的燃料而使用。因此电解槽系统包含用于压缩由电解槽产生的氢的装置。在最优选的配置中，修改所谓的高压电解槽以直接产生高压氢，因此允许将电解槽排出的氢直接传输到存储容器中而不需要外部的压缩装置。由此能量转换系统的整体效率提高了。
[0006]虽然通过成熟的技术成功地降低了燃料电池堆的生产成本，但是相同的技术不能以直接的方式用到具有固态聚合物电解质的电解装置。相反，对用于通过电解从水中产生氢的电解装置的重新关注显示了对用于这种电解装置中的材料的无数挑战。例如，在水电解槽中阳极侧环境在水中包含氧的混合物，其在具有施加的电压的电池的工作环境下对大多数材料是强腐蚀的。特别地，通常用于PEM燃料电池中的上面提到的基于碳/石墨的流板根本不适合这种强腐蚀的阳极流体环境。因此不能仅仅以相反的模式操作现有的燃料堆来实现水电解。一种解决方法中，由耐腐蚀材料，诸如钛，取代基于碳/石墨的材料。然而，这种解决方法非常昂贵，除非特别专门的利基应用，其在大规模应用上不是商业可行的。而且，将钛成型为非常复杂的三维图案的流板是昂贵且费时的工作。这增加了成本且直接抵触于生产商业可行的装置要求的降低成本。
[0007]美国专利US4214969公开了一种用于堆叠电池水电解槽的双极分离器板。该双极分离器板由基于碳/石墨的混合物制作，且在分离器板的两侧具有用于分布和收集流体/气体的开口通道。双极分离器板的阳极侧表面由金属保护箔密封。粘贴该箔或以其他方式应用该箔以适应于包括突出部分、通道侧壁和通道底部的表面形貌。通过电解池的足够的水流量会要求流体通道有一定的横截面积。通过扩大通道能够实现这一要求。然而，宽的这种通道可能不能提供对MEA的足够的机械支持，特别当出现比阳极侧的压力高的阴极侧的压力时。而且，将厚度约为25 μπι的薄的金属箔适用在具有深且窄的通道形貌的流场图案上而不弄破该箔会是繁重并由此高花费的工作。而且，该公开的流场没有在ΜΕΑ的表面上提供令人满意的水的分布，这引起热点和/或干斑，影响电解池的效率和寿命。
[0008]因此需要改进用于通过电解从水中产生氢的电解装置，其优选地被改为在高压下工作，其能可靠地长时间地工作，且其能以商业可行的成本生产。
[0009]本发明的一个目的是克服上面提到的已知的流板的缺点，或至少提供替代。
[0010]通过如独立权利要求1的流板实现该目的，其中优选的实施例由以下讨论的从属权利要求界定。
[0011]贯穿本申请，术语“横向”指平行于平面元件的主平面的方向，在此该平面元件为流板，术语“竖直”指垂直于平面元件的主平面的方向，在此该平面元件为流板。术语“流体”指气体和液体或它们的混合物。缩写ΡΕΜ代表高分子电解膜，缩写ΜΕΑ代表平面膜电极组件。
【发明内容】
[0012]根据本发明的一个方面，流板在用于从水中产生氢的电解池中用作阳极电流收集器。该流板包含通道板，其中通道板的正面具有由与抬高部分交替的凹陷部分界定的开口通道的流场图案，和由在水电解的阳极环境中耐腐蚀的材料制作的盖板，其中盖板被平行地布置在通道板之上且和通道板的正面电接触，其中盖板具有与闭合部分交替的贯穿孔的图案，其中贯穿孔的图案与凹陷部分对齐，且其中闭合部分至少覆盖通道板的抬高部分。
[0013]通过提供如包含两部分，即用于输送流体流量的通道板和用于应付阳极处的化学侵蚀环境的盖板的复合组件，获得了流板的便宜且可行的工业规模的生产，同时对流板提供了足够的腐蚀保护。
[0014]通道板是由不昂贵的材料制作的整个部分，其中以控制良好且不昂贵的工艺将通道形成为三维的表面。通道板的抬高部分在一个共同平面上并界定了通道板的上平面。凹陷部分形成通道底面和向上延伸至邻近的抬高部分的侧壁。通道在上平面处开口。由此，界定了开口通道。通道形成的流场图案经过各个歧管连接到输入和排出口。使盖板适应于防止通道板材料遭受腐蚀环境。因此通道板的材料的选择限制较少，能够使用较便宜的材料，其比用于盖板的材料更易于成型以提供开口通道的流场图案。这样的通道板材料的示例为可塑形的碳/石墨混合物，其能在工业规模较低成本地以高精度成型，例如通过模压。如美国专利US7615308中所公开的，这样的材料常规地用于在PEM燃料电池中保护双极分离器板，但已知当其直接暴露在基于PEM的水电解槽中的阳极环境时，其没有足够的抗腐蚀性。作为另一个示例，能够由导电碳复合材料和复合物制作通道板，这些材料和复合物是市售的，可以从Bulk Molding Compounds公司(伊利诺斯州西芝加哥Powis街1600号，60185)获得，例如数据表BMC 940-13905或BMC 940-14868中的模压等级为专业级的乙烯基酯双极板材料。这样的材料适于通过常规压制成型工艺生产通道板。
[0015]在电解池的横向周界内，盖板的闭合部分靠在抬高部分之上且至少覆盖第一通道板的抬高部分。相应地，盖板的贯穿孔横向地与其下通道板的正面上的通道对齐。在电解池中将复合流板用作电流收集器意味着通道板和盖板由导电材料制作且两者间电接触良好。
[0016]盖板可以是相对薄的片状材料，其适应于抵抗水电解槽的阳极侧处的强腐蚀环境。这种材料的示例为不锈钢AISI 316、二级钛、七级及等级7H的钛合金，或类似的抗腐蚀金属。片的厚度可以小于1mm，例如约为0.7mm，或甚至约为0.5mm。片的厚度由两方面确定，一方面为对通过尽可能减小厚度来降低材料成本、重量和体积的考虑，另一方面机械稳定性的需求会决定该厚度的下限。可以在工业规模较低成本地在薄片材料中提供高精度的管穿孔，例如通过激光切割或水射流切割。既然盖板只是具有贯穿孔的薄片材料，与在块件的这种材料中通道的深度敏感的三维成型相比，材料成本和图案形成步骤的制作成本都显著降低。
[0017]当复合流