双极板、电解堆和电解槽的制作方法
1.本发明涉及制氢设备的技术领域，特别涉及一种双极板、电解堆和电解槽。
背景技术：
2.水电解制氢系统的电解槽是由若干个电解小室串联组装而成的，每个电解小室由极框、双极板、密封垫片等部件组成，传统的电解槽的极框和双极板是由碳钢板加工焊接而成，并经过镀镍方式进行防腐处理。部分电解槽采用塑料极框和分开的金属双极板及密封垫片组成电解小室。
3.在现有的技术中，电解槽中全金属结构极框和极板加工工艺复杂，焊接变形严重，并且重量较重，不易安装。部分采用塑料极框和金属双极板分开形式的电解槽，由于需要考虑塑料极框和金属双极板的密封，造成密封面增多，密封效果差，同时，部件种类的增加，造成各部件的定位复杂，定位效果差，从整体影响电解槽的承受压力。
4.对于大型的碱性水电解制氢电解槽而言，这将使用大量的碳钢材料，一方面会使得碱性电解槽极为沉重；另一方面，会使得材料和加工成本上升。例如，对于一台大型电解槽而言，其每个双极板的重量在100-200kg。考虑一台产氢量1000nm3/h的电解槽，需要约350个双极板。即使不考虑端板、电极及碱液等的重量，一台电解槽的重量也在30吨以上。并且每一块双极板都使用机械加工得到，所耗费的成本是极为高昂的。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种双极板，以解决现有技术中的双极板重量大、成本高加工难且密封结构复杂的技术问题。
6.为实现上述目的，本技术提供了一种双极板，包括：双极板本体和多个导电件；在所述双极板本体的周围并沿其厚度方向上设有多个导电孔，一个所述导电件设置在一个所述导电孔内，并且，所述导电件的长度至少不小于所述双极板本体周围的厚度；其中，所述双极板本体采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成。
7.可选的，在所述的双极板中，所述双极板本体为薄板，并且在所述薄板互为平行的两个平面上设有均匀分布的流场。
8.可选的，在所述的双极板中，在所述薄板互为平行的两个平面的周围均设有密封槽。
9.可选的，在所述的双极板中，所述导电件与所述导电孔过盈配合。
10.可选的，在所述的双极板中，所述双极板本体采用树脂材料制成。
11.可选的，在所述的双极板中，所述双极板还包括一对正、负电极网；其中，所述导电件包括一正极端和一负极端，所述正电极网与所述负极端电性连接，所述负电极网与所述正极端电性连接。
12.可选的，在所述的双极板中，所述正电极网与所述负极端焊接，所述负电极网与所述正极端焊接。
13.另一方面，本技术还提供了一种电解堆，包括：密封圈、隔膜和多个上述的双极板，在每两个双极板之间设置一个隔膜和至少一个密封圈。
14.再一方面，本技术还提供了一种电解槽，包括上述的电解堆。
15.可选的，在所述的电解槽中，所述电解槽为碱性电解槽。
16.与现有技术相比，本技术提供一种双极板，所述双极板本体通过采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成，而现有技术中的双极板分成相互连接的极框和极板，这样会造成密封面增多、各部件的定位复杂、定位效果差等，而本技术中的双极板本体是一体成型，这样一体成型的结构可以大大减少密封面，也无需对其有额外的定位。并且，进一步的，所述双极板采用耐腐蚀非金属材料制成，由于非金属材料的密度远低于金属材质，这样可以降低所述双极板的重量，也就可以大大降低采用该双极板的电解槽的重量。同时还降低了所述双极板本体的加工工艺的难度，节约了加工成本和材料成本。更进一步的，所述双极板本体采用的非金属材料为耐腐蚀材料，这样可以提高其在碱性液体中工作寿命。
附图说明
17.图1是本技术实施例提供的一种双极板本体的结构示意图；
18.图2是本技术实施例提供的一种双极板的爆炸图；
19.图3是本技术实施例提供的另一种双极板本体的结构示意图；
20.图4是本技术实施例提供的一种电解堆的爆炸图；
21.图5是本技术实施例提供的一种双极板的制造方法的流程图；
22.图6是本技术实施例提供的另一种双极板的制造方法的流程图。
23.其中，附图1～4的附图标记说明如下：
24.10-双极板本体；11-导电孔；12-氧气口；13-密封槽；14-氢气口；15-流场；16-进液口；20-导电件；30-正电极网；40-负电极网；50-隔膜；60-密封圈。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～6对本发明提出的双极板、电解堆和电解槽作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
26.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
27.此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例
如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
29.参阅图1，本技术提供了一种双极板，包括双极板本体10和多个导电件20。在所述双极板本体10的周围并沿其厚度方向上设有多个导电孔11，一个所述导电件20设置在一个所述导电孔11内，并且，所述导电件20的长度至少不小于所述双极板本体10周围的厚度。其中，所述双极板本体10采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成。
30.所述双极板本体10通过采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成，而现有技术中的双极板分成相互连接的极框和极板，这样会造成密封面增多、各部件的定位复杂、定位效果差等，而本技术中的双极板本体10是一体成型，这样一体成型的结构可以大大减少密封面，也无需对其有额外的定位。并且，进一步的，所述双极板采用耐腐蚀非金属材料制成，由于非金属材料的密度远低于金属材质，这样可以降低所述双极板的重量，也就可以大大降低采用该双极板的电解槽的重量。同时还降低了所述双极板本体10的加工工艺的难度，节约了加工成本和材料成本。更进一步的，所述双极板本体10采用的非金属材料为耐腐蚀材料，这样可以提高其在碱性液体中工作寿命。
31.请参阅图3，结合图1，其中，所述双极板本体10为薄板，优选为方形薄板。并且在所述薄板互为平行的两个平面上设有均匀分布的流场15。由于所述双极板本体10为薄板，可以在所述双极板本体10的相互平行的两个平面上均匀的设置流场15，这样可以降低采用该双极板的电耗，提高气体产量。具体的，均匀分布有流场15的两个平面，是所述薄板的最大的两个平面，所述流场15是由所述平面向内凹陷形成的。也就是说所述薄板周围的厚度大于其中间的厚度。
32.需要说明的是，所述双极板本体10的形状结构包括但不限于方形薄板，也可以是其他能够均匀设置流场15的其他形状结构，例如圆形薄板，在此不做限定。
33.其中，所述导电件20与所述导电孔11过盈配合，这样可以保证所述导电件20与所述双极板本体10之间的连接更加牢固，以保证其结构的稳固性。
34.优选的，所述双极板本体10采用树脂材料制成。其中，所述树脂材料为聚丙烯(pp)，聚乙烯(pe)，聚苯硫醚(pps)中的一种，或者对聚丙烯(pp)，聚乙烯(pe)，聚苯硫醚(pps)采用改性技术处理得到的改性材料中的一种。由于树脂材料的密度大约是碳钢材料密度的20％左右，那么在同等体积下，采用树脂材料制成的双极板本体比起传统采用碳钢材料制成的双极板本体可以降低80％的重量。
35.具体的，改性技术可以是对聚丙烯(pp)，聚乙烯(pe)，聚苯硫醚(pps)采用加热、冷却、离子轰击和注入和一些化学处理方式处理，以使改性后的聚丙烯(pp)，聚乙烯(pe)，聚苯硫醚(pps)能够达到一些钢材的强度性能，同时还具有质轻、易制造等优点。
36.请参阅图2，并结合图1。其中，所述导电件20为耐腐蚀导电材料制成。具体的，所述
导电件20采用镍制成。将镍作为所述导电件20的材料，这样导电件20在碱性介质中具有很好的耐腐蚀性，成本也相对低。同时在金属元素中镍的析氢过电位不太高，并有相当高的析氢效率。需要说明的是，所述导电件20的具体形状与所述导电孔11匹配。例如，所述导电孔11为方形，那么所述导电件20为方柱体；所述导电孔11为圆形，那么所述导电件20为圆柱体，以使所述导电件20与所述导电孔11严密配合。
37.请接着参阅图1-2。所述双极板还包括一对正、负电极网；其中，所述导电件20包括一正极端和一负极端，所述正电极网30与所述负极端电性连接，所述负电极网40与所述正极端电性连接。具体的，所述正电极网30与所述负极端焊接，所述负电极网40与所述正极端焊接。由于，所述导电件20的长度至少不小于所述双极板本体10周围的厚度。也就是说，至少可以保证所述正极端与所述负极端均与其对应的双极板本体10的两个平面平齐，所述正极端与所述负极端耶可以均突出于所述双极板本体10的两个平面，这样可以方便所述导电件20与所述正、负电极网的焊接。其中，所述正、负电极网可以是金属电极材料或非金属电极材料制成，例如，金属电极材料为铜、金、银、铂、钯、铱及其一些合金材料。
38.具体的，所述双极板本体10的周围均匀间隔的设置有多个导电孔11。这样可以在所述双极板本体10周边布置多个导电件20，将多个导电件20的正极端与所述负电极网40进行满焊，将多个导电件20的负极端与所述正电极网30进行满焊。一片所述负(正)电极网40与所述正(负)极端焊接的个数越多，所述负(正)电极网40工作时的电阻率就越低，从而降低能耗。
39.更具体的，所述双极板的两面流场15包括但不仅限于平行流场15、多流道蛇形流场15、人字形流场15等。以各个所述流场15边界作为支撑件，用于支撑正、负电极网，其中，所述流场15的边界与所述双极板本体10周围在同一平面。
40.结合图4。进一步的，在所述薄板互为平行的两个平面的四周均设有密封槽13，以容纳密封圈60。
41.请参阅图4。另一方面，本技术还提供了一种电解堆，包括：密封圈60、隔膜50和上述的双极板，在每两个双极板之间设置一个隔膜50和至少一个密封圈60。所述电解堆由多个双极板叠压而成，且两个双极板之间设有至少一个密封圈60，具体的，所述密封圈60为框型，并与所述双极板的四周形状相适配。且进一步的，该密封圈60被压入至所述密封槽13内，这样可以防止电解液从两个双极板本体10的缝隙中渗出，也就是说所述密封圈60是对两个双极板之间形成的电解小室进行密封。所述密封圈60的材料可以采用三元乙丙、可溶性聚四氟乙烯等耐强碱腐蚀材料。其中，所述电解小室由隔膜50分为阳极室和阴极室。其中，所述密封圈60的个数按照两个双极板之间所需要的密封程度来进行选择。
42.结合图1。具体的，每个所述双极板本体10上均开设有氧气口12、氢气口14和进液口16，以在电解堆中分别形成氧气通道、进液通道和氢气通道，氧气通道和进液通道均与阳极室连通；氢气通道与阴极室连通。即多个双极板进行批量叠加后，可成倍扩大制氢的效率和制氢量，实现小体积大功率的电解制氢效果。
43.具体的，所述氧气通道和氢气通道位于电解堆的上方，所述进液通道位于所述电解堆的下方。电解堆的上方和下方是指所述电解槽工作状态下的方位。
44.再一方面，本技术还提供了一种电解槽(图中未示出)，包括上述的电解堆。采用上述电解堆的电解槽可以整体降低所述电解槽的重量和成本。
45.其中，所述电解槽为碱性电解槽，采用有耐腐蚀非金属材料制成的双极板，不仅可以防止所述双极板本体10被碱性电解液腐蚀，提高其使用寿命；还可以节约在传统的采用碳钢制成的双极板上需要进行电镀防腐蚀涂层的工艺，当然也可以节约防腐蚀涂层的材料。
46.请参阅图5，并结合图1和图3。还一方面，本技术还提供了一种双极板的制造方法，包括以下步骤：
47.s110：提供耐腐蚀非金属材料和导电件20。
48.s120：对所述耐腐蚀非金属材料进行预加热处理，使所述耐腐蚀非金属材料至少达到半融状态，甚至为全融状态。
49.s130：对预热后的所述耐腐蚀非金属材料进行模压成型得到初步的双极板本体10，此时的双极板本体10已经初步成型，也就是说所述双极板本体10上的流场15和密封槽13已经加工完成，而氢气口14、氧气口12和进液口16等孔状的结构位置已经确定。
50.s140：对该初步的双极板本体10进行机械加工，得到双极板本体10。此时，机械加工是包括但不仅限于针对已经初步成型的双极板本体10上的氢气口14、氧气口12和进液口16等孔状的结构所在的位置进行进一步的加工，以加工出上述孔状结构。当然，还可以根据已经初步成型的双极板本体10的各个面的平整度进行机械加工。
51.s150：将所述导电件20安装在所述双极板本体10上，得到上述的双极板。
52.参阅6，并结合图1和图3。在另外一个实施例中，一种双极板的制造方法，包括以下步骤：
53.s110：提供耐腐蚀非金属材料和导电件20。
54.s120：对所述耐腐蚀非金属材料进行预加热处理，使所述耐腐蚀非金属材料达到全融状态。
55.s160：将所述导电件20和所述耐腐蚀非金属材料采用注塑工艺一体成型得到上述的双极板。这样可以节约所述导电件20与所述双极板本体10的连接的工序。
56.通过采用耐腐蚀非金属材料作为所述双极板本体10的原材料，这样在加工工艺上，就可以进行模压或者注塑工艺将所述双极板本体10一体成型，相比现有技术中的采用碳钢板材料制成的双极板的工序更加简单，加工成本也更低。同时，耐腐蚀非金属材料的成本也比碳钢板的成本低。
57.进一步，在对预热后的所述耐腐蚀非金属材料进行模压成型之前，或者，在将所述导电件20和所述耐腐蚀非金属材料采用注塑工艺一体成型之前对所述耐腐蚀非金属材料通过改性技术进行改性处理，以提高所述耐腐蚀非金属材料的强度同时还可以降低所述耐腐蚀非金属材料重量等。需要说明的是，所述改性技术可以是物理改性也可以是化学改性。但是不局限于对所述耐腐蚀非金属材料的强度和密度进行改性，也可以根据不同的应用场景对其的韧性、耐水性等特性进行改性。
58.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
技术特征：
1.一种双极板，其特征在于，包括：双极板本体和多个导电件；在所述双极板本体的周围并沿其厚度方向上设有多个导电孔，一个所述导电件设置在一个所述导电孔内，并且，所述导电件的长度至少不小于所述双极板本体周围的厚度；其中，所述双极板本体采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成。2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板本体为薄板，在所述薄板互为平行的两个平面上设有均匀分布的流场。3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，在所述薄板互为平行的两个平面的周围均设有密封槽。4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述导电件与所述导电孔过盈配合。5.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板本体采用树脂材料制成。6.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述双极板还包括一对正、负电极网；其中，所述导电件包括一正极端和一负极端，所述正电极网与所述负极端电性连接，所述负电极网与所述正极端电性连接。7.根据权利要求6所述的双极板，其特征在于，所述正电极网与所述负极端焊接，所述负电极网与所述正极端焊接。8.一种电解堆，其特征在于，包括：密封圈、隔膜和多个如权利要求1-7任意一项所述的双极板，在每两个双极板之间设置一个隔膜和至少一个密封圈。9.一种电解槽，其特征在于，包括如权利要求8所述的电解堆。10.根据权利要求9所述的电解槽，其特征在于，所述电解槽为碱性电解槽。
技术总结
本申请提供了一种双极板、电解堆和电解槽，通过采用耐腐蚀非金属材料一体成型制成双极板本体，这样一体成型的结构可以大大减少密封面，也无需对其有额外的定位，可以提升采用该双极板的电解槽的承压能力。并且，进一步的，所述双极板采用耐腐蚀非金属材料制成，由于非金属材料的密度远低于金属材质，这样可以降低所述双极板的重量，也就可以大大降低采用该双极板的电解槽的重量。同时还降低了所述双极板本体的加工工艺的难度，节约了加工成本和材料成本。更进一步的，所述双极板本体采用的非金属材料为耐腐蚀材料，这样可以提高其在碱性液体中工作寿命。体中工作寿命。体中工作寿命。
