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本文将介绍碱性水电解制氢电解槽的另一个关键部件——极板。 我个人认为极板是碱性电解槽中最重要的部件，所以分几个部分来介绍。
一、极板的工作原理
碱性电解槽室结构图
在碱性电解槽的小室中，电极板位于镍网的两侧。 它们的功能有点类似于实验室里的电极夹。 它们的作用是传导电子，使极板上的电解电流密度更加均匀，同时降低了电极板与镍网之间的接触电阻，增加了电流密度，降低了制氢能耗。 如上图所示，电极板位于一个完整的腔室结构的两端，形成阴极区和阳极区碱液流动的腔室，实现阴极碱液和阳极碱液的分流，并在一定程度上减少了氢气的消耗。 氧气中介质氧和氢的含量保证了电解槽运行的安全。
目前制氢电解槽一般为双极过滤加压电解槽。 具体结构如下图所示：
双极电解槽示意图
双极压滤电解槽一般采用“中间正极、两侧负极”的接线方式。 在外部电场的作用下，一侧带正电，另一侧带负电，分别作为阳极区和阴极区的极板，也就是说同一块极板两侧会带有不同的电荷，这就是“双极”这个名字的由来。 极板是碱性水电解制氢电解槽最重要的重复部件。 每小时产量的电解槽一般需要200-300块极板。 其在碱性制氢电解槽中的重要性不言而喻。 。
2、板材的结构
极板由主极板和极架两部分组成。 结构图如下图所示。 红圈内的部分是主极板，红圈外的部分是极架。 完整的极板由主极板组成。 焊接，然后得到整体镀镍。
板材图
(1)主板
压滤电解槽电解室内主板表面布满球形凹凸结构（乳突板）。 一方面，这些凹凸结构使得振膜两侧的极板能够以“自上而下”的方式形成可靠的多层结构。 点电接触和尽可能多的电接触可以降低腔室内部部件的接触电阻。
主板示意图
顶部安装图
另一方面，球凸和球凹结构面形成电解单元内部的空腔和循环通道，使得电解液在进入电解单元的板流道时不能直接向上流动，而必须通过弯曲的通道。许多球形凹凸结构之间的间隙。 ，有利于增强流动扰动程度，减小流道各处电解液浓度差，使电解液分布更加均匀，从而降低电解设备的能耗，提高其长期运行稳定性。
乳突板上乳头的数量和乳头的深度是需要进一步探讨的问题。
1）乳突数量：关于电极板上的乳突数量，乳突数量越多，一方面可以实现电极板与电极之间的接触，电极板与电极之间的接触电阻小可以减少电极，可以减少小室。 电压; 另一方面，在电解过程中，氢侧和氧侧的气泡会不断从电极表面析出并汇聚成大气泡，从而导致电解液中的电阻增大。 极板和电极之间的多孔结构越多，电解液中形成大气泡的概率越小，形成显着电阻的可能性越小，气泡对电流密度的影响也越小。 因此，就性能要求而言，乳突结构的数量越多越好。 但在制造成本方面，乳突结构数量的增加将直接导致冲压成本的增加，从而增加极板的制造成本。
2）乳突深度：乳突球形凸和球形凹结构的组合结构可以更好地增强电解槽内部的传热传质。 有研究人员通过数值模拟和实验研究了凹凸结构采用不同球凸高度（球凹深度）结构时流道内的流场分布特征，并分析了球凸和球凹结构的影响关于流程。 当乳头的深度变大时，会对电解槽内电解液的流动造成较大的扰动，电解槽内的温度分布会更加均匀，不易产生大的氢气和氧气气泡，可以减少气泡对电流密度的影响。 另一方面，乳突深度的增加会增加电解槽电解槽之间的间距，使得整体结构不太紧凑，导致电解槽的电阻增加。 同时，制造大深度的乳突结构需要更大吨位的冲压机，成本更高。 高的。 目前工业上使用的乳突深度约为5mm。
(2) 极架
杆架位于主板外侧。 上端有两组空气通道孔，下端有一组液体通道孔。 杆架上与主板焊接的部分称为舌板。 极架最外侧截面有锯齿状的密封线区域，其余为膜片与密封垫片的重叠区域。
电解槽内部阴极和阳极的电解液不能混合在一起，碱液从外部进入小室，将阴极电解液和阳极电解液分流到电解槽内部的阴极电解液和阳极电解液流道中，电解槽内部的阴极电解液和阳极电解液分区域流入制氢框架。 以上三个功能均由杆架实现。 接下来，将围绕三个主要功能来分析杆架的结构。
极板外极架结构及作用示意图
1）碱性溶液从外部进入电解室
如上图所示，极架下部会设有碱液通道孔，电解槽内部（下部）堆叠大量电极板，形成碱液流道进入。 碱液从外部泵入电解槽内进入流道，然后通过电极板的碱液通道孔和凹槽进入电解室。 每块极板两侧均设有碱性液体通孔，以便碱性液体可以进入电解槽的阳极区和阴极区。
2）阴极区电解液和阳极区电解液的分流
这是杆架最重要的功能，它是通过杆架上部的两组导气孔来实现的。 如上图所示，极架上部有氧、氢液体通孔。 以阴极区板为例，电解液通过碱液通孔进入阴极区与电极反应生成氢气。 氢气和电解液的混合物通过氢气通道孔离开电解室。
那么为什么电解液和氢气的混合物只进入氢气空气通道孔而不进入氧气空气通道孔呢？ 原因在于风道孔底部凹槽的设置。 请仔细观察上面的示意图。 阳极区的极架仅在氢气通道孔的下部有凹槽，而在阳极气体通道孔的下部没有凹槽。 这样，在密封垫片的密封作用下，由于氧气通道孔没有凹槽，因此氢气和碱液的混合物到达氧气通道孔的路径被密封垫片完全密封。 ，因此氢气和碱液的混合物只能通过所提供的凹槽进入氢气通道孔。 通过空气通道孔和凹槽的设置，阴极区的电极液体仅进入氢气通道孔。 同理，阳极区的极架仅在氧气通道孔下方具有凹槽，使得阳极区的电解液仅进入氧气通道孔。 这样就实现了电解槽内部阴极区电解液和阳极区电解液的分离。
3）电解槽内的阴极液和阳极液分区域流入制氢框架
其原理与碱液入口孔相同。 极板的堆叠在电解槽内部形成阳极液流道和阴极液流道，实现电解槽内部阴极区电解液和阳极区电解液的分流。 。
电解槽内部流道示意图
如上图所示，电极板上部的氢气通道孔、氧气通道孔和下部的碱液入口孔通过大量堆叠的电极形成电解槽内部的流道极板，这也是电极架的主要功能之一。
以下文章将重点介绍碱性电解槽内的不同板类型。
1.电解槽内不同类型的极板
目前市场上的碱性电解槽一般为双极压滤式，采用中间正负极连接。 因此，在一个电解槽中，极板的类型只需为以下几种：中极板、左极板（2种）、右极板（2种）、左端板、右端板，它们的作用和实现方法就是同上，但氢气侧出口和氧气侧出口的设置有所不同。
超级易懂的双极压滤机示意图
(1) 中板
目前碱性电解槽一般采用中间正极、两侧负极的接线方式。 中板两侧各一半室为阳极室。 因此，中间板没有氢气侧出口，板两侧必须设置氧气侧。 出口。
(2) 左板
中板左边的板称为左板（其实左右是相对的，就看你是从正面看还是从后面看，这里我们都是从侧面看）与接线柱）。 从上面的示意图不难看出，左极板存在“左正右负”的极化情况，因此左极板的极架结构完全相同。 极架阳极侧设有氧气侧出口，阴极侧设有氢气侧。 出口。
如上所述，为了夹紧隔膜和电极，并减少轴向受压时隔膜和电极受力不均匀的现象，电极板会以朝上凸起的形式安装。 两个左侧极板之间的差异是主极板。 左极架内主极板的焊接方向完全相反。 如下图所示，左板可以视为左板2，右板可以视为左板1。主板的凹凸结构完全相反，即焊接方向为对面的。
顶部安装图
(3) 右板
中板右侧的板称为右板。 右极板均采用“左负右正”极化，因此右极板的极架结构完全相同。 极架阳极侧设有氢气侧出口，阴极侧设有氢气侧出口。 与左极板类似，右两极板的区别也在于主极板在极架上的焊接方向。 右侧两块板的主板凹凸结构相反，即主板的焊接方向相反。
(4) 左右端板
左端板和右端板与左端板和右端板直接接触。 有的采用端板与端板一体化的方法，有的采用端板与端板分离的方法。 左右端板直接连接至负极。 左端板右侧的半室和右端板左侧的半室为阴极室。 因此，左右端板的极架上只设置氢气侧出口，不设置氧气侧。 出口。
接下来主要给大家介绍一下碱性电解槽极板的加工制造工艺。 通过这篇文章，希望您对板材的加工制造有所了解。
电极板的加工制造工艺只需：
1、主板加工；
2、杆架加工；
3、主板与立杆架的焊接；
4、整个电极板镀镍；
5、板材镀层检测。
(1)主板制造
以乳突板为例，主板的原材料为碳钢（厚度约为2mm），通过模具冲压在主板上形成乳突结构。
乳突板照片
乳突板冲压设备
(2) 杆架的制作
杆架由碳钢基材通过卷材制成，然后在杆架上加工舌板、液体通道孔、液流通道、空气通道孔和流道、定位孔、密封水线等结构。
板材各部分结构图
(3)主板与杆架的焊接
主电极板和电极架分别加工后，通过电极架的舌板将电极架和主电极板焊接在一起，形成一体式电极板。
(4)整板镀镍
碱性电解水制氢过程中，一般采用30wt%的KOH溶液作为电解液，电解液的温度约为80-90℃。 但这样的温度和碱浓度正好在碳钢主板容易发生碱腐蚀的范围内。 因此，有必要对电解槽碳极板进行防腐处理。 目前通常采用镀镍碳钢乳头板来减少腐蚀。 目前，采用电化学电镀将整个电极板镀上镍。
未镀的乳突板首先经过抛光、化学脱脂、热水洗、冷水洗、超纯水洗、酸蚀活化、水洗、电镀、水洗、干燥等工序进行电化学镀镍。 其中，酸蚀活化工艺是为了使镍镀层与钢板有更强的结合力。 一般采用强酸蚀刻和弱酸蚀刻相结合的方式。 电镀采用恒电流法进行镀镍，通过控制电镀时间来控制电镀层的厚度。
(5)板材镀层检测
由于镍镀层存在孔隙，且镀镍过程中可能存在镀层不均匀的情况，因此一般采用蓝点检测法来检测镍镀层的质量。 原理是表面是否有裸露的碳钢，裸露的碳钢（特别是乳突部分与电极直接接触的部分）在电解水反应时容易与电极发生接触腐蚀，引起腐蚀极板的损坏和电解液的污染。
蓝点检测的具体方法是：用铁氰化钾K3[Fe(CN6)]，加硝酸和水配制检测液（应立即配制）。 然后用滤纸浸泡在溶液中，贴于待测板表面或直接将溶液涂抹或滴于待测板表面。 观察 30 秒内蓝点的出现情况。 如果有蓝点，则为不合格，如果没有蓝点，则为合格。 。 原理是铁氰化钾首先与元素铁反应生成亚铁离子，亚铁离子与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀：3Fe2+ + 2[Fe(CN6)]3- = Fe3[Fe(CN6)]2（蓝色沉淀，即蓝点）。