一种膜电极电解槽的制作方法

    技术2025-10-20  7


    本技术涉及电解槽,具体而言,涉及一种膜电极电解槽。


    背景技术:

    1、膜电极电解槽是一种用于电化学反应的设备,通常用于电解水制氢或制氧等反应,通常由若干个电解小室串联组装而成。每个电解小室主要由隔膜、电极板等构成,隔膜用于将阳极和阴极分隔开来,从而实现阳离子和阴离子的传输,使得溶液中的阴阳离子之间发生氧化还原反应,同时防止阳极和阴极混合以及电化学反应的副反应。隔膜包括离子交换膜以及位于离子交换膜两侧的催化剂层。电极板的近膜侧表面加工有气液流道,以供电解液在电解槽内部传输,流道通常由流道栅板形成。目前的电解槽流道通常是由光滑平整的栅板构成,在电解槽组装过程中,金属栅板与催化剂层接触会覆盖一部分催化剂的活性区域,从而降低催化剂与电解液的接触面积,导致催化剂活性面积利用率不足,从而限制反应速率,降低电解效率。


    技术实现思路

    1、本实用新型所要解决的问题是采用平整光滑的栅板结构设计电解槽流道时,由于催化剂层与光滑的栅板紧密接触会覆盖大量的催化剂活性位点,导致催化剂活性面积利用率不足,从而影响电解效率。

    2、为解决上述问题,本实用新型提供一种膜电极电解槽,包括相对设置的电极板和膜电极,所述电极板靠近所述膜电极的一侧设置有第一凹槽,所述第一凹槽内设置有流道栅片,所述膜电极包括催化剂层,所述流道栅片用于与所述催化剂层相接触的端面上设置有第二凹槽。

    3、较佳地,所述第二凹槽为多个,多个所述第二凹槽在所述流道栅片的端面间隔分布。

    4、较佳地,所述第二凹槽包括多边形槽、方形槽、弧形槽、椭圆形槽、梯形槽或锥形槽中的一种或多种。

    5、较佳地,沿所述流道栅片朝向所述催化剂层的方向,所述第二凹槽的横截面尺寸逐渐增大。

    6、较佳地,所述第二凹槽的深度小于或等于所述第一凹槽的深度。

    7、较佳地,所述第二凹槽的开口方向与所述第一凹槽的开口方向一致。

    8、较佳地,所述第一凹槽具有底面、相对设置的两个第一侧面及相对设置的两个第二侧面,所述流道栅片平行于所述第一凹槽的第一侧面设置。

    9、较佳地,多个所述流道栅片依次排列并交错设置,相邻两个所述流道栅片分别与不同的所述第二侧面连接,以形成“s”型流道。

    10、较佳地,所述流道栅片具有六个面,分别为相对的两个表面、相对的两个侧面以及相对的两个端面,其中一个端面与所述第一凹槽的底面连接,另一个端面用于与所述催化剂层接触,其中一个侧面与所述第一凹槽的一个第二侧面连接,另一个侧面与所述第一凹槽的另一个第二侧面形成空隙,所述空隙用于连通相邻的两个所述流道。

    11、较佳地,所述膜电极还包括离子交换膜,所述催化剂层设置于所述离子交换膜的相对两侧。

    12、本实用新型的膜电极电解槽相较于现有技术的优势在于:

    13、本实用新型中,在与催化剂层接触的流道栅片的端面上开设了第二凹槽,由此,当催化剂层与流道栅片接触时,减小了催化剂层与流道栅片的接触面积,避免催化剂的活性区域被流道栅片覆盖而导致催化剂与电解液的接触面积减小,从而提高催化剂活性面积的利用率。此外,流道栅片上开设的第二凹槽也提供了更多的气体扩散路径,从而减小气泡与催化剂层的接触,有利于电解槽性能的提升。



    技术特征:

    1.一种膜电极电解槽,其特征在于,包括相对设置的电极板(1)和膜电极(2),所述电极板(1)靠近所述膜电极(2)的一侧设置有第一凹槽(11),所述第一凹槽(11)内设置有流道栅片(12),所述膜电极(2)包括催化剂层(21),所述流道栅片(12)用于与所述催化剂层(21)相接触的端面上设置有第二凹槽(121)。

    2.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述第二凹槽(121)为多个,多个所述第二凹槽(121)在所述流道栅片(12)的端面间隔分布。

    3.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述第二凹槽(121)包括多边形槽、方形槽、弧形槽、椭圆形槽、梯形槽或锥形槽中的一种或多种。

    4.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,沿所述流道栅片(12)朝向所述催化剂层(21)的方向,所述第二凹槽(121)的横截面尺寸逐渐增大。

    5.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述第二凹槽(121)的深度小于或等于所述第一凹槽(11)的深度。

    6.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述第二凹槽(121)的开口方向与所述第一凹槽(11)的开口方向一致。

    7.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述第一凹槽(11)具有底面、相对设置的两个第一侧面及相对设置的两个第二侧面,所述流道栅片(12)平行于所述第一凹槽(11)的第一侧面设置。

    8.根据权利要求7所述的膜电极电解槽,其特征在于,多个所述流道栅片(12)依次排列并交错设置,相邻两个所述流道栅片(12)分别与不同的所述第二侧面连接,以形成“s”型流道。

    9.根据权利要求8所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述流道栅片(12)具有六个面,分别为相对的两个表面、相对的两个侧面以及相对的两个端面,其中一个端面与所述第一凹槽(11)的底面连接,另一个端面用于与所述催化剂层(21)接触,其中一个侧面与所述第一凹槽(11)的一个第二侧面连接,另一个侧面与所述第一凹槽(11)的另一个第二侧面形成空隙,所述空隙用于连通相邻的两个所述流道。

    10.根据权利要求1所述的膜电极电解槽,其特征在于,所述膜电极(2)还包括离子交换膜(22),所述催化剂层(21)设置于所述离子交换膜(22)的相对两侧。


    技术总结
    本技术涉及电解槽技术领域,具体提供了一种膜电极电解槽,包括相对设置的电极板和膜电极,所述电极板靠近所述膜电极的一侧设置有第一凹槽,所述第一凹槽内设置有流道栅片,所述膜电极包括催化剂层,所述流道栅片用于与所述催化剂层相接触的端面上设置有第二凹槽。本技术在与催化剂层接触的流道栅片的端面上开设了第二凹槽,由此当催化剂层与流道栅片接触时,减小了催化剂层与流道栅片的接触面积,避免催化剂的活性区域被流道栅片覆盖而导致催化剂与电解液的接触面积减小,从而提高催化剂活性面积的利用率。此外,流道栅片上开设的第二凹槽也提供了更多的气体扩散路径,从而减小气泡与催化剂层的接触,有利于电解槽性能的提升。

    技术研发人员:段小明,马良,贾德昌,周玉,俞雪勇
    受保护的技术使用者:景德镇先进陶瓷研究有限公司
    技术研发日:20240204
    技术公布日:2024/10/24
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