本發明涉及電解制氫，具體涉及一種集成式氣液分離式雙極板、電解槽及制氫方法。

背景技術：

1、在水電解制氫系統中，氫氣、氧氣分別在陰、陽極產生，與大量堿液分別進入氫、氧流道內，且氫氣、氧氣呈氣泡形式被堿液包裹，分別進入氫、氧氣液分離罐，進行氣液分離、洗滌等。

2、在傳統電解槽中，氫氣流道、氧氣流道分別存在氫氣和大量堿液、氧氣和大量堿液，由于堿液具有良好的導電性，并且不同雙極板的流道內存在電勢差，當出現泄漏電流時，會在氫氣流道、氧氣流道對應的不同雙極板間發生析氫、析氧反應，導致氫氣流道、氧氣流道內的氫氣和氧氣純度下降。

3、具體的，傳統電解槽具有以下問題：

4、1、大量堿液的排出，需要更多堿液的補充，增加了外部堿液循環量，同時增加輔機交流能耗。

5、2、堿液循環量的增加，會導致泄漏電流增大，增加電解槽直流能耗，且氣體純度降低。

6、3、由于氫氣流道、氧氣流道中均有較多的堿液，因此需進入氣液分離罐內進行分離才能夠獲得氣體，氣液分離罐占地面積大。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是提供一種集成式氣液分離式雙極板、電解槽及制氫方法，能夠有效提高氣體純度，并且可以有效降低堿液循環量，提高制備效率。

2、為了解決上述技術問題，本發明提供了一種集成式氣液分離式雙極板，包括極框和設置在極框內的隔板，所述極框底部設置有堿液流道孔、頂部設置有第一氣體流道孔和第二氣體流道孔，所述隔板頂部與極框連接處設置有氣液分離盒，所述氣液分離盒內設置有分割板，所述分割板將氣液分離盒分割為前側進氣腔和后側分離腔，所述分割板上部設置有網孔，所述前側進氣腔底部設置有進氣孔，所述后側分離腔頂部設置有出氣孔，所述出氣孔與對應的第一氣體流道孔或第二氣體流道孔之間的極框上設置有通氣槽，所述極框兩側表面均設置有回流槽，所述回流槽頂部與后側分離腔底部一側貫通連接，所述回流槽底部與氣液分離盒下方的極框內側貫通連接。

3、進一步的，所述分割板底部設置有折彎邊，所述折彎邊與隔板表面密封連接，所述分割板與隔板之間配合形成后側分離腔，所述分割板側邊與極框內壁之間密封連接。

4、進一步的，所述氣液分離盒包括外殼體，所述外殼體罩設在分割板上并密封固定，所述隔板表面、外殼體內壁以及分割板配合形成前側進氣腔和后側分離腔。

5、進一步的，所述網孔對應的分割板上部設置為傾斜狀且與外殼體內壁抵接。

6、進一步的，所述外殼體外周上設置有固定邊條，所述固定邊條對應的極框上設置有定位凹槽，所述固定邊條設置在定位凹槽內并密封固定。

7、進一步的，所述氣液分離盒下方的隔板兩側表面上分別設置有陰極組件和陽極組件，陰極組件與隔板之間設置有陰極導電支撐條并配合形成陰極側堿液腔，所述陽極組件與隔板之間設置有陽極導電梯形管并配合形成陽極側堿液腔。

8、一種電解槽，包括上述任意一項所述的集成式氣液分離式雙極板。

9、進一步的，還包括支架，所述集成式氣液分離式雙極板設置在支架內，所述支架上設置有與集成式氣液分離式雙極板連接的堿液管道、第一出氣管道和第二出氣管道。

10、進一步的，所述堿液管道與堿水箱連接，所述第一出氣管道與第一三通的進氣端連接，所述第一三通的出氣端和出液端分別與第一除霧罐和熱交換器連接，所述第二出氣管道與第二三通的進氣端連接，所述第二三通的出氣端和出液端分別與第二除霧罐和熱交換器連接，所述熱交換器通過屏蔽泵與堿液管道連接，所述第一除霧罐、第二除霧罐和熱交換器均與冷卻水進出管道連接，所述第一除霧罐和第二除霧罐還與去離子水水箱連接；

11、所述第一三通和第二三通內部均設置有分離空間，所述分離空間中部側向上設置有進氣端，所述分離空間底部設置有出液端，所述分離空間頂部設置有出氣端。

12、一種制氫方法，采用上述所述的電解槽，包括以下步驟：

13、步驟1）先在堿水箱內加入30%koh，通過屏蔽泵將堿水箱內的堿液通過管道送入電解槽內，具備開機條件后，按照工藝要求對電解槽分階段通電；

14、步驟2）電解槽通電后，產生氣體，氣體為氫氣和氧氣，氫氣和氧氣因氣浮上升原理和液體表面張力，均以氣泡形式上浮，在上浮中，氣泡與堿液碰撞，會推動部分堿液向上移動并進入對應的氣液分離盒中，氣液分離盒將氣泡打破，氣體攜帶少量堿液進入第一氣體流道孔和第二氣體流道孔中，并從第一出氣管道和第二出氣管道排出；氣泡被打破后的堿液從回流槽回流至對應的堿液腔內；

15、步驟3）從第一出氣管道和第二出氣管道排出的氫氣和氧氣由第一三通和第二三通內部設置的分離空間進行氣液分離，分離后的氣體進入對應的第一除霧罐和第二除霧罐內除霧、洗滌并進入后續純化系統中，分離后的堿液進入熱交換器降溫；

16、步驟4）降溫后的堿液通過屏蔽泵回流至電解槽內。

17、本發明的有益效果：

18、1、雙極板內的氣液分離盒，實現了氣液分離效果，同時還完成了堿液在雙極板內部的循環，使得雙極板內部的堿液流速增大，氣泡更易逸出，從而達到降低能耗的效果。

19、2、氣液分離盒能夠有效的將堿液從氣體中分離出來，氫氣和少量堿液進入氫氣流道，使得流道內的電阻增大，由歐姆定律可知，泄漏電流減少，流道內的析氫、析氧反應減弱，氣體純度提升。

20、3、由于氣體中堿液含量少，有效降低堿液的外部輔機循環量，降低能耗，提高氣體純度。并且因氣浮上升原理，氣體帶動液體上升，增加雙極板內部的循環量，提高堿液流速，氣體更易逸出。無需單獨氣液分離罐，減少占地面積，降低輔機成本。

技術特征：

1.一種集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，包括極框和設置在極框內的隔板，所述極框底部設置有堿液流道孔、頂部設置有第一氣體流道孔和第二氣體流道孔，所述隔板頂部與極框連接處設置有氣液分離盒，所述氣液分離盒內設置有分割板，所述分割板將氣液分離盒分割為前側進氣腔和后側分離腔，所述分割板上部設置有網孔，所述前側進氣腔底部設置有進氣孔，所述后側分離腔頂部設置有出氣孔，所述出氣孔與對應的第一氣體流道孔或第二氣體流道孔之間的極框上設置有通氣槽，所述極框兩側表面均設置有回流槽，所述回流槽頂部與后側分離腔底部一側貫通連接，所述回流槽底部與氣液分離盒下方的極框內側貫通連接。

2.如權利要求1所述的集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，所述分割板底部設置有折彎邊，所述折彎邊與隔板表面密封連接，所述分割板與隔板之間配合形成后側分離腔，所述分割板側邊與極框內壁之間密封連接。

3.如權利要求1所述的集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，所述氣液分離盒包括外殼體，所述外殼體罩設在分割板上并密封固定，所述隔板表面、外殼體內壁以及分割板配合形成前側進氣腔和后側分離腔。

4.如權利要求3所述的集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，所述網孔對應的分割板上部設置為傾斜狀且與外殼體內壁抵接。

5.如權利要求3所述的集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，所述外殼體外周上設置有固定邊條，所述固定邊條對應的極框上設置有定位凹槽，所述固定邊條設置在定位凹槽內并密封固定。

6.如權利要求1所述的集成式氣液分離式雙極板，其特征在于，所述氣液分離盒下方的隔板兩側表面上分別設置有陰極組件和陽極組件，陰極組件與隔板之間設置有陰極導電支撐條并配合形成陰極側堿液腔，所述陽極組件與隔板之間設置有陽極導電梯形管并配合形成陽極側堿液腔。

7.一種電解槽，其特征在于，包括權利要求1-6任意一項所述的集成式氣液分離式雙極板。

8.如權利要求7所述的電解槽，其特征在于，還包括支架，所述集成式氣液分離式雙極板設置在支架內，所述支架上設置有與集成式氣液分離式雙極板連接的堿液管道、第一出氣管道和第二出氣管道。

9.如權利要求8所述的電解槽，其特征在于，所述堿液管道與堿水箱連接，所述第一出氣管道與第一三通的進氣端連接，所述第一三通的出氣端和出液端分別與第一除霧罐和熱交換器連接，所述第二出氣管道與第二三通的進氣端連接，所述第二三通的出氣端和出液端分別與第二除霧罐和熱交換器連接，所述熱交換器通過屏蔽泵與堿液管道連接，所述第一除霧罐、第二除霧罐和熱交換器均與冷卻水進出管道連接，所述第一除霧罐和第二除霧罐還與去離子水水箱連接；

10.一種制氫方法，其特征在于，采用如權利要求9所述的電解槽，包括以下步驟：

技術總結
本發明公開了一種集成式氣液分離式雙極板、電解槽及制氫方法，雙極板包括極框和極框內的隔板，極框底部設置有堿液流道孔、頂部設置有第一氣體流道孔和第二氣體流道孔，隔板頂部與極框連接處設置有氣液分離盒，氣液分離盒內設置有分割板，分割板將氣液分離盒分割為前側進氣腔和后側分離腔且上部設置有網孔，前側進氣腔底部設置有進氣孔，后側分離腔頂部設置有出氣孔，出氣孔與對應的第一氣體流道孔或第二氣體流道孔之間的極框上設置有通氣槽，極框兩側表面均設置有回流槽，回流槽頂部與后側分離腔底部一側以及與極框內側貫通連接。電解槽運用上述的雙極板并提供一種制氫方法，有效提高氣體純度，并且可以有效降低堿液循環量，提高制備效率。

技術研發人員：甄洪峰,楊汶泊,徐尚國,李留罐
受保護的技術使用者：蘇州希倍優氫能源科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28