權(quán)利要求書： 1.一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電解小室結(jié)構(gòu)包括：雙極板(1)，所述雙極板(1)的外圈被配置為邊緣區(qū)域(101)，所述雙極板(1)的內(nèi)圈被配置為位于所述邊緣區(qū)域(101)內(nèi)側(cè)的傳質(zhì)區(qū)域；

陽極組件；

極框結(jié)構(gòu)；以及

陰極組件；

所述極框結(jié)構(gòu)中部形成為中空區(qū)域(405)，且所述極框結(jié)構(gòu)的截面尺寸與所述雙極板(1)匹配，且所述中空區(qū)域(405)與所述雙極板(1)的傳質(zhì)區(qū)域截面尺寸匹配；

所述雙極板(1)的邊緣區(qū)域(101)具有雙極板主流道(105)，所述雙極板主流道(105)用以反應物和產(chǎn)物的進出；

極框結(jié)構(gòu)具有極框主流道(403)，所述極框主流道(403)通過分支通道(404)與所述雙極板(1)的傳質(zhì)區(qū)域連通以向所述傳質(zhì)區(qū)域內(nèi)傳輸反應物；

所述雙極板(1)的邊緣區(qū)域(101)為環(huán)形結(jié)構(gòu)；

所述雙極板(1)的傳質(zhì)區(qū)域分為：

靠近所述邊緣區(qū)域(101)的過渡區(qū)域(102)、以及位于所述過渡區(qū)域(102)內(nèi)側(cè)的均勻區(qū)域(103)；

所述均勻區(qū)域(103)具有凸出于所述雙極板(1)表面的凸起(104)，且相鄰所述凸起(104)之間的通道形成為流道；

所述流道與所述過渡區(qū)域(102)連通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極板(1)的邊緣區(qū)域(101)和所述過渡區(qū)域(102)的厚度均為H1，且所述H1＝0.1mm～1.0mm；

所述凸起(104)的高度為H2，且所述H2＝0.5mm～1.5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述雙極板(1)由鈦板組成，且所述雙極板(1)的表面具有涂層。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陽極組件包括：陽極三維網(wǎng)(301)和陽極擴散層(302)；

所述陽極三維網(wǎng)(301)的材質(zhì)為鈦，所述陽極三維網(wǎng)(301)的表面具有涂層；

所述陽極三維網(wǎng)(301)的截面尺寸與所述雙極板(1)的傳質(zhì)區(qū)域匹配，所述陽極三維網(wǎng)(301)的厚度為H4，且所述H4＝0.4mm～1.0mm；

所述陽極擴散層(302)的材質(zhì)為鈦纖維氈，且所述陽極擴散層(302)的表面具有涂層；

所述陽極擴散層(302)的截面尺寸與所述雙極板(1)的傳質(zhì)區(qū)域匹配，所述陽極擴散層(302)的厚度為H5，且所述H5＝0.2mm～0.5mm；

所述陽極擴散層(302)的孔隙率為40％～70％。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述極框結(jié)構(gòu)包括：第一極框(401)和第二極框(402)；

所述第一極框(401)和所述第二極框(402)的材質(zhì)均為工程塑料；

所述第一極框(401)和所述第二極框(402)的極框主流道(403)均中心對稱布置，且所述極框主流道(403)通過所述分支通道(404)將反應物導流至極框的中空區(qū)域(405)內(nèi)；

所述第一極框(401)和所述第二極框(402)的厚度均為H6，且H6＝1.5mm～2.5mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一極框(401)一側(cè)、以及第二極框(402)一側(cè)均設置有密封墊(2)；

所述密封墊(2)的截面尺寸與所述雙極板(1)的邊緣區(qū)域(101)匹配，所述密封墊(2)的厚度為H3，且H3＝0.1mm～0.2mm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述H6＝H2+H4+H5?H3。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陰極組件包括：陰極三維網(wǎng)(601)和陰極擴散層(602)；

所述陰極三維網(wǎng)(601)的材質(zhì)為金屬網(wǎng)，且所述陰極三維網(wǎng)(601)的厚度為H8，且H8＝

0.5mm～1.5mm；

所述陰極擴散層(602)的材質(zhì)為金屬氈，所述陰極擴散層(602)的厚度為H7，且H7＝

0.1mm～0.8mm，所述陰極擴散層(602)的孔隙率為40％～70％；

H6＝H2+H7+H8?H3。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，其特征在于，兩個極框之間具有膜電極(5)；

所述膜電極(5)靠近所述陽極組件一側(cè)為膜電極陽極側(cè)，且所述膜電極陽極側(cè)為銥基催化劑；

所述膜電極(5)靠近所述陰極組件一側(cè)為膜電極陰極側(cè)，且所述膜電極陰極側(cè)為鉑基催化劑；

所述膜電極(5)的銥基催化劑的區(qū)域、以及鉑基催化劑的區(qū)域的截面尺寸與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域匹配。

說明書： 一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實用新型涉及電解槽技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)。背景技術(shù)[0002] PEM電解槽是由若干個電解小室串聯(lián)組成，電解槽的總電壓是電解小室的電壓的集合。電解小室作為發(fā)生電化學反應的場所，電解小室的結(jié)構(gòu)和影響到小室內(nèi)的傳質(zhì)過程，進而影響到小室電壓，這在高電流密度的時候影響尤為顯著，因此，如何設計一種合理的電解小室結(jié)構(gòu)以增強傳質(zhì)過程，是目前電解槽高電流密度的發(fā)展趨勢下尤為重要。[0003] 傳統(tǒng)的PEM電解槽的電解小室根據(jù)雙極板是否含有流道而分為有流道型電解槽和無流道型電解槽。但是，現(xiàn)有技術(shù)中沒有能夠?qū)煞N形式電解槽結(jié)合為一體的結(jié)構(gòu)。[0004] 因此，基于上述技術(shù)問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員亟需研發(fā)一種新型PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)。實用新型內(nèi)容

[0005] 本實用新型的目的是提供一種結(jié)合兩種電解小室結(jié)構(gòu)特征、在相同電流密度下，電解小室的電壓更低的PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)。[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：[0007] 本實用新型的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，該電解小室結(jié)構(gòu)包括：[0008] 雙極板，所述雙極板的外圈被配置為邊緣區(qū)域，所述雙極板的內(nèi)圈被配置為位于所述邊緣區(qū)域內(nèi)側(cè)的傳質(zhì)區(qū)域；[0009] 陽極組件；[0010] 極框結(jié)構(gòu)；以及[0011] 陰極組件；[0012] 所述極框結(jié)構(gòu)中部形成為中空區(qū)域，且所述極框結(jié)構(gòu)的截面尺寸與所述雙極板匹配，且所述中空區(qū)域與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域截面尺寸匹配；[0013] 所述雙極板的邊緣區(qū)域具有雙極板主流道，所述雙極板主流道用以反應物和產(chǎn)物的進出；[0014] 極框結(jié)構(gòu)具有極框主流道，所述極框主流道通過分支通道與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域連通以向所述傳質(zhì)區(qū)域內(nèi)傳輸反應物。[0015] 進一步的，所述雙極板的邊緣區(qū)域為環(huán)形結(jié)構(gòu)；[0016] 所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域分為：[0017] 靠近所述邊緣區(qū)域的過渡區(qū)域、以及位于所述過渡區(qū)域內(nèi)側(cè)的均勻區(qū)域；[0018] 所述均勻區(qū)域具有凸出于所述雙極板表面的凸起，且相鄰所述凸起之間的通道形成為流道；[0019] 所述流道與所述過渡區(qū)域連通；[0020] 所述雙極板的邊緣區(qū)域和所述過渡區(qū)域的厚度均為H1，且所述H1＝0.1mm～1.0mm；[0021] 所述凸起的高度為H2，且所述H2＝0.5mm～1.5mm。[0022] 進一步的，所述雙極板由鈦板組成，且所述雙極板的表面具有涂層。[0023] 進一步的，所述陽極組件包括：[0024] 陽極三維網(wǎng)和陽極擴散層；[0025] 所述陽極三維網(wǎng)的材質(zhì)為鈦，所述陽極三維網(wǎng)的表面具有涂層；[0026] 所述陽極三維網(wǎng)的截面尺寸與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域匹配，所述陽極三維網(wǎng)的厚度為H4，且所述H4＝0.4mm～1.0mm；[0027] 所述陽極擴散層的材質(zhì)為鈦纖維氈，且所述陽極擴散層的表面具有涂層；[0028] 所述陽極擴散層的截面尺寸與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域匹配，所述陽極擴散層的厚度為H5，且所述H5＝0.2mm～0.5mm；[0029] 所述陽極擴散層的孔隙率為40％～70％。[0030] 進一步的，所述極框結(jié)構(gòu)包括：[0031] 第一極框和第二極框；[0032] 所述第一極框和所述第二極框的材質(zhì)均為工程塑料；[0033] 所述第一極框和所述第二極框的極框主流道均中心對稱布置，且所述極框主流道通過所述分支通道將反應物導流至極框的中空區(qū)域內(nèi)；[0034] 所述第一極框和所述第二極框的厚度均為H6，且H6＝1.5mm～2.5mm。[0035] 進一步的，所述第一極框一側(cè)、以及第二極框一側(cè)均設置有密封墊；[0036] 所述密封墊的截面尺寸與所述雙極板的邊緣區(qū)域匹配，所述密封墊的厚度為H3，且H3＝0.1mm～0.2mm。[0037] 進一步的，所述H6＝H2+H4+H5?H3。[0038] 進一步的，所述陰極組件包括：[0039] 陰極三維網(wǎng)和陰極擴散層；[0040] 所述陰極三維網(wǎng)的材質(zhì)為金屬網(wǎng)，且所述陰極三維網(wǎng)的厚度為H8，且H8＝0.5mm～1.5mm；

[0041] 所述陰極擴散層的材質(zhì)為金屬氈，所述陰極擴散層的厚度為H7，且H7＝0.1mm～0.8mm，所述陰極擴散層的孔隙率為40％～70％；

[0042] H6＝H2+H7+H8?H3。[0043] 進一步的，兩個極框之間具有膜電極；[0044] 所述膜電極靠近所述陽極組件一側(cè)為膜電極陽極側(cè)，且所述膜電極陽極側(cè)為銥基催化劑；[0045] 所述膜電極靠近所述陰極組件一側(cè)為膜電極陰極側(cè)，且所述膜電極陰極側(cè)為鉑基催化劑；[0046] 所述膜電極的銥基催化劑的區(qū)域、以及鉑基催化劑的區(qū)域的截面尺寸與所述雙極板的傳質(zhì)區(qū)域匹配。[0047] 在上述技術(shù)方案中，本實用新型提供的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：[0048] 本實用新型的電解小室結(jié)構(gòu)結(jié)合了常規(guī)的兩種電解小室結(jié)構(gòu)的特征，利用極框作為反應物的導流通道，利用分支通道將反應物傳輸至雙極板的傳質(zhì)區(qū)域，同時，雙極板也設置有能夠進出反應物和產(chǎn)物的雙極板主流道，該電解小室結(jié)構(gòu)結(jié)合了兩種常規(guī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在相同的電流密度下，使得電解小室電壓更低。附圖說明[0049] 為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0050] 圖1為本實用新型實施例提供的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)爆炸圖；[0051] 圖2為本實用新型實施例提供的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)的雙極板的結(jié)構(gòu)示意圖；[0052] 圖3為本實用新型實施例提供的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)的雙極板的剖視圖。[0053] 附圖標記說明：[0054] 1、雙極板；2、密封墊；[0055] 101、邊緣區(qū)域；102、過渡區(qū)域；103、均勻區(qū)域；104、凸起；105、雙極板主流道；[0056] 301、陽極三維網(wǎng)；302、陽極擴散層；[0057] 401、第一極框；402、第二極框；403、極框主流道；404、分支通道；405、中空區(qū)域；[0058] 5、膜電極；[0059] 601、陰極三維網(wǎng)；602、陰極擴散層。具體實施方式[0060] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實用新型的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細介紹。[0061] 參見圖1至圖3所示；[0062] 本實施例的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，該電解小室結(jié)構(gòu)包括：[0063] 雙極板1，雙極板1的外圈被配置為邊緣區(qū)域101，雙極板1的內(nèi)圈被配置為位于邊緣區(qū)域內(nèi)側(cè)的傳質(zhì)區(qū)域；[0064] 陽極組件；[0065] 極框結(jié)構(gòu)；以及[0066] 陰極組件；[0067] 極框結(jié)構(gòu)中部形成為中空區(qū)域405，且極框結(jié)構(gòu)的截面尺寸與雙極板1匹配，且中空區(qū)域405與雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域截面尺寸匹配；[0068] 雙極板1的邊緣區(qū)域101具有雙極板主流道105，雙極板主流道105用以反應物和產(chǎn)物的進出；[0069] 極框結(jié)構(gòu)具有極框主流道403，極框主流道403通過分支通道404與雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域連通以向傳質(zhì)區(qū)域內(nèi)傳輸反應物。[0070] 其中，本實施例的雙極板1的邊緣區(qū)域101為環(huán)形結(jié)構(gòu)；[0071] 雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域分為：[0072] 靠近邊緣區(qū)域101的過渡區(qū)域102、以及位于過渡區(qū)域102內(nèi)側(cè)的均勻區(qū)域103；[0073] 均勻區(qū)域103具有凸出于雙極板1表面的凸起104，且相鄰凸起104之間的通道形成為流道；[0074] 流道與過渡區(qū)域102連通；[0075] 雙極板1的邊緣區(qū)域101和過渡區(qū)域102的厚度均為H1，且H1＝0.1mm～1.0mm；[0076] 凸起104的高度為H2，且H2＝0.5mm～1.5mm。[0077] 首先，本實施例公開的電解小室結(jié)構(gòu)主要包括雙極板1、極框結(jié)構(gòu)、陽極組件、陰極組件；其中，其中，雙極板1劃分出邊緣區(qū)域101和傳質(zhì)區(qū)域，雙極板1的邊緣區(qū)域101開設有雙極板主流道105，該雙極板主流道105用于反應物和產(chǎn)物的進出的通道。本實施例的傳質(zhì)區(qū)域的均勻區(qū)域103具有多個凸起104，且相鄰凸起104之間的空間為流道，而本實施例的雙極板1的兩側(cè)均形成為均勻區(qū)域103。[0078] 優(yōu)選的，本實施例的雙極板1由鈦板組成，且雙極板1的表面具有涂層。雙極板1表面的涂層采用耐腐蝕、耐氧化的涂層。[0079] 優(yōu)選的，本實施例的陽極組件包括：[0080] 陽極三維網(wǎng)301和陽極擴散層302；[0081] 陽極三維網(wǎng)301的材質(zhì)為鈦，陽極三維網(wǎng)301的表面具有涂層；陽極三維網(wǎng)301表面的涂層采用耐腐蝕、耐氧化的涂層。[0082] 陽極三維網(wǎng)301的截面尺寸與雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域匹配，陽極三維網(wǎng)301的厚度為H4，且H4＝0.4mm～1.0mm；[0083] 陽極擴散層302的材質(zhì)為鈦纖維氈，且陽極擴散層302的表面具有涂層；[0084] 陽極擴散層302的截面尺寸與雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域匹配，陽極擴散層302的厚度為H5，且H5＝0.2mm～0.5mm；[0085] 陽極擴散層302的孔隙率為40％～70％。[0086] 優(yōu)選的，本實施例的極框結(jié)構(gòu)包括：[0087] 第一極框401和第二極框402；[0088] 第一極框401和第二極框402的材質(zhì)均為工程塑料，本實施例的極框的材質(zhì)優(yōu)選由耐高溫、耐氧化的工程塑料，如聚砜、聚四氟乙烯等材料制備；極框上中心對稱的極框主流道403分別用以傳輸水和氫氣，通過與極框主流道403連通的分支通道404將反應物導流至極框的中空區(qū)域4405，本實施例的分支通道404的接口與雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域的結(jié)構(gòu)連通。[0089] 第一極框401和第二極框402的極框主流道403均中心對稱布置，且極框主流道403通過分支通道404將反應物導流至極框的中空區(qū)域405內(nèi)；[0090] 第一極框401和第二極框402的厚度均為H6，且H6＝1.5mm～2.5mm。[0091] 其中，第一極框401一側(cè)、以及第二極框402一側(cè)均設置有密封墊2；[0092] 密封墊2的截面尺寸與雙極板1的邊緣區(qū)域101匹配，密封墊2的厚度為H3，且H3＝0.1mm～0.2mm。

[0093] 另外，本實施例的密封墊2由耐高溫、耐氧化的材質(zhì)組成，例如聚四氟乙烯。[0094] 優(yōu)選的是：上述尺寸要求中，H6＝H2+H4+H5?H3。[0095] 優(yōu)選的，本實施例的陰極組件包括：[0096] 陰極三維網(wǎng)601和陰極擴散層602；[0097] 陰極三維網(wǎng)601的材質(zhì)為金屬網(wǎng)，優(yōu)選為不銹鋼網(wǎng)，且陰極三維網(wǎng)601的厚度為H8，且H8＝0.5mm～1.5mm；[0098] 陰極擴散層602的材質(zhì)為金屬氈，即可以為碳氈、或不銹鋼氈、或者其他金屬氈，陰極擴散層602的厚度為H7，且H7＝0.1mm～0.8mm，陰極擴散層602的孔隙率為40％～70％；[0099] H6＝H2+H7+H8?H3。[0100] 兩個極框之間具有膜電極5；[0101] 膜電極5靠近陽極組件一側(cè)為膜電極陽極側(cè)，且膜電極陽極側(cè)為銥基催化劑；[0102] 膜電極5靠近陰極組件一側(cè)為膜電極陰極側(cè)，且膜電極陰極側(cè)為鉑基催化劑；[0103] 膜電極5的銥基催化劑的區(qū)域、以及鉑基催化劑的區(qū)域的截面尺寸與雙極板的傳質(zhì)區(qū)域匹配。[0104] 在膜電極的垂直方向上構(gòu)造了梯度的傳質(zhì)通道，按照距離膜電極距離逐漸增加依次為氈、網(wǎng)和雙極板流道，也即流道越來越有序，有利于反應物水均勻分布到膜電極表面以及生成的氣體的排出。與無流道結(jié)構(gòu)的電解小室相比，本發(fā)明的電解小室結(jié)構(gòu)更有利于反應物水均勻分布到膜電極表面；與有流道結(jié)構(gòu)的電解小室相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更有利于生成氣體的排出，因此在相同的電流密度下電解小室電壓更低。在2A/cm2的電流密度下，本發(fā)明的電解小室的電壓約為1.80，有流道結(jié)構(gòu)的電解小室電壓約為1.90，而無流道的電解小室電壓約為1.95，本發(fā)明的電解小室電壓分別下降了100m和150m。[0105] 在上述技術(shù)方案中，本實用新型提供的一種PEM電解槽電解小室結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：[0106] 本實用新型的電解小室結(jié)構(gòu)結(jié)合了常規(guī)的兩種電解小室結(jié)構(gòu)的特征，利用極框作為反應物的導流通道，利用分支通道404將反應物傳輸至雙極板1的傳質(zhì)區(qū)域，同時，雙極板1也設置有能夠進出反應物和產(chǎn)物的雙極板主流道403，該電解小室結(jié)構(gòu)結(jié)合了兩種常規(guī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在相同的電流密度下，使得電解小室電壓更低。

[0107] 以上只通過說明的方式描述了本實用新型的某些示范性實施例，毋庸置疑，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質(zhì)上是說明性的，不應理解為對本實用新型權(quán)利要求保護范圍的限制。