КОЛЛЕКТОР ТОКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ВОДЫ И ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА С ТВЕРДЫМ ПОЛИМЕРНЫМ ЭЛЕКТРОЛИТОМ

Полезная модель относится к коллектору тока и может быть использована в электрохимических устройствах, в частности, в электролизерах воды, предназначенных для получения водорода и кислорода, а также в топливных элементах с твердым полимерным электролитом.
Известен коллектор тока, выполненный на основе спеченной губки или титанового порошка сферической формы, состоящий из нескольких слоев различного фракционного состава (см. ЕР, №1361010, B01D 39/20, 2003; ЕР, №1683594, В22F 5/00, 2006).
2
Недостатком известного коллектора тока является неоптимальность и неравномерность распределения реагентов по площади коллектора тока Особенно этот эффект проявляется при работе электролизера воды при высоких плотностях тока (более 2 А/см), а также в электролизных системах с катодной подачей воды. Кроме того, это во многом снижает параметры работы электрохимической системы с твердым полимерным электролитом в режиме обратимого топливного элемента.
Технический результат, который может быть получен от использования заявленной полезной модели, заключается в улучшении структуры коллектора, обеспечивающей решение проблемы водного снабжения электрохимических систем и повышение эффективности их работы.
Указанный технический результат достигается при использовании коллектора тока для электролизера воды и топливного элемента с твердым полимерным электролитом, выполненного в виде пластины, причем, по крайней мере, на одной из сторон коллектора сформированы каналы, при этом высота, ширина каналов и расстояние между ними составляет от 0,5 до 1,5 мм.
В заявленном коллекторе каналы в поперечном сечении имеют прямоугольный или трапециевидный профиль.
Пример формирования коллектора тока с каналами
1. Засыпают первый слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0 фракции 5 мкм в форму с каналами, толщина первого слоя составляет ≈1,0 мм.
2. Производят выравнивание первого слоя пресс-шайбой.
-3
3. Осуществляют спекание первого слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5*10 Па) или в среде инертного газа до 1200°С в течение 60 мин. без нагружения.
4. Засыпают второй слой сферического порошка титана марки ВТ-1.0, состоящего из одной или нескольких фракций, выбранных из диапазона 5-250 мкм, в форму поверх первого слоя, толщина второго слоя ≈1,0 мм.
5. Производят выравнивание второго слоя пресс-шайбой.
-3
6. Осуществляют спекание второго слоя нагревом в вакууме (вакуум не хуже 5*10 Па) или в среде инертного газа 1060-1080°С в течение 30 мин. без нагружения.
7. После остывания извлекают коллектор из формы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показано формирование коллектора (в соответствии с примером) из двух слоев 1 и 2, при этом в первом слое 1 за счет использования формы с каналами
сформированы каналы 3 на боковой стороне коллектора. На фиг.2 показан вид сверху коллектора тока, имеющего на боковой стороне линейные каналы, на фиг.3 - каналы в виде серпантина, на фиг.4 - каналы типа «шахматной доски». На фиг.2-4 выступы обозначены белым цветом; а каналы, по которым идут потоки реагентов/продуктов реакции, обозначены - серым цветом.
Наличие каналов, по крайней мере, на одной из боковых сторон коллектора обеспечивает:
- требуемое распределение потоков реагентов/продуктов реакции по поверхности коллектора тока и необходимый электрический контакт компонентов электрохимического элемента;
- объединение коллектора тока и раздающих каналов в одном изделии позволяет обеспечить высокий уровень технологичности изготовления, сборки и ремонтопригодности электрохимической системы.