碱性电解槽的核心骨架：双极板介绍
发布时间：
2025-06-20
在碱性水电解制氢设备中，双极板扮演着极其关键且多功能的角色。它不仅是电解槽堆叠结构的物理基础，更是电流传导、气体分离、流体分配和结构支撑的核心组件。理解双极板对于认识碱性电解槽的工作原理和性能至关重要。
在碱性水电解制氢设备中，双极板扮演着极其关键且多功能的角色。它不仅是电解槽堆叠结构的物理基础，更是电流传导、气体分离、流体分配和结构支撑的核心组件。理解双极板对于认识碱性电解槽的工作原理和性能至关重要。
1. 定义与核心概念
● “双极”的含义： 双极板之所以得名，是因为它一面作为阳极室的一部分，另一面则作为相邻电解小室的阴极室的一部分。在由多个电解小室串联组成的电解槽堆栈中，双极板同时具有“阳极”和“阴极”的双重身份。
● 结构核心： 它是电解槽堆栈中的主要重复单元，与电极(阳极、阴极)、隔膜、密封垫片等共同构成一个完整的“单小室”。多个单小室通过双极板串联叠加，形成电解槽本体。
2. 核心功能
双极板在碱性电解槽中承担着多项不可或缺的功能：
● 电流传导与分配：
o 导电桥梁： 作为电解槽堆栈内部的主要导电通路，双极板负责将电流从阴极高效地传导到阳极。
o 均流作用： 其内部的导电结构和流场设计有助于电流在整个电极活性面积上均匀分布，避免局部热点和效率损失。
● 反应腔室分隔与气体分离：
o 物理隔离： 双极板与隔膜共同作用，严格地将阳极侧产生的氧气和阴极侧产生的氢气分隔在两个独立的腔室中。这是防止氢氧气体混合(爆炸风险) 的关键保障。
o 气体流道： 板面上设计有特定的流场(Flow Field)，为产生的气体提供导出的通道，引导气体顺畅地离开反应区，汇集到各自的气体总管。
● 电解液分配与循环：
o 流体通道： 双极板上的流场结构(通常是另一面或同一面的不同区域)也用于引导碱性电解液(如KOH溶液) 在电极表面均匀流动。确保反应物(水)能充分到达电极表面，并带走反应产物(气体)和反应热。
o 维持浓度： 促进电解液在整个电极区域的循环，有助于维持电解液浓度和温度的相对均匀性。
● 结构支撑与密封界面：
o 机械骨架： 为相对较薄的电极和隔膜提供坚实的支撑，承受整个堆栈的压紧力，保持电解槽结构的刚性和稳定性。
o 密封基础： 双极板表面通常是放置密封垫片(如橡胶垫圈)的主要位置，与相邻组件配合形成可靠的密封，防止电解液和气体泄漏。
● 热管理(辅助)： 流经双极板的电解液有助于带走部分反应热。某些设计可能还会考虑在双极板内部集成冷却通道以加强散热。
3. 材料与制造
碱性电解槽的工作环境(高温、高浓度碱液、一定压力)对双极板材料提出了苛刻要求：
● 核心要求：
o 优异的耐腐蚀性： 必须能长期耐受高温(70-90°C)、高浓度碱性溶液的强腐蚀。
o 高导电性： 尽可能降低欧姆损耗，提高电解槽整体效率。
o 良好的机械强度： 承受组装压紧力和内部压力。
o 良好的可加工性： 便于制造复杂的流场结构。
o 气体致密性： 防止气体渗透。
o 成本可控： 双极板是电解槽成本的重要组成部分。
4. 流场设计
双极板表面的流道图案(流场)设计对电解槽性能影响巨大。常见于碱性电解槽的流场类型包括：
● 平行流场： 结构简单，压降低。但气体排出能力相对较弱，易形成“气袋”，影响电解液分配均匀性。
● 蛇形流场： 强制气体和液体沿曲折路径流动，气体排出能力强，分配相对均匀。但流阻(压降)较大，泵功耗增加。
● 交指流场： 迫使流体穿过电极扩散层，增强传质。但压降很大，在碱性槽中应用相对较少。
● 多孔结构/网状流场： 提供大量接触点支撑电极，促进传质。但流道不清晰，气体排出和电解液分布控制相对复杂。
● 复合流场： 结合不同流场类型的优点，例如在入口/出口区域用平行流道降低压降，在主体反应区用蛇形流道强化排泡。
设计选择需在气体排出效率、电解液分布均匀性、压降(泵耗)、电流分布均匀性、结构强度、制造难度和成本之间取得平衡。
总结
双极板是碱性水电解制氢电解槽中不可或缺的多功能核心组件。它不仅是堆栈结构的“脊梁”，串联起各个电解小室，更是高效电流传导、严格气体分离、均匀流体分配和可靠结构密封的关键执行者。其材料选择(以镍涂层碳钢为主)和精密的流场设计直接决定了电解槽的效率、安全性、寿命和成本。随着碱性电解槽技术向更高电流密度、更大规模和更低成本发展，双极板的优化(如更耐蚀导电的材料、更高效的流场设计、更低成本的制造工艺)将持续是研发的重点领域。
上一页
上一页：
下一页：
