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需求背景

随着对清洁能源的需求增加，电解水制氢成为一种重要的氢气生产方法。在电解水制氢过程中，电解槽是关键设备之一。双极板流道是电解槽的重要组成部分，而电解槽电极和隔膜则是影响其性能的关键材料。因此，相关技术需求背景如下：

a）双极板流道材料选择和结构设计：双极板流道需要具备良好的导电性、耐腐蚀性和导氢性能。材料选择和结构设计需考虑流体的均匀分布、低电阻、高效转化等因素，以提高电解槽的氢气产量和能源利用效率。

b）加工工艺：双极板流道的加工工艺需要具备高精度、高效率和可扩展性。通过优化加工工艺，可实现流道内壁的光滑性、精细化和一致性，从而减少流体阻力、提高电解效率。

c）电解槽电极和隔膜材料选择：电解槽电极需要具备高的电导率、耐腐蚀性和稳定性，以确保电解反应的高效进行。隔膜材料需要具备较高的离子传导性、耐腐蚀性和耐高温性能，以实现有效的离子传输和阻止气体混合。

需解决的主要技术难题

电解水制氢电解槽双极板流道材料选择、结构设计及加工工艺和电解槽电极和隔膜材料选择技术难点：

a）材料的多重要求：双极板流道的材料需同时满足导电性、耐腐蚀性和导氢性能等多个要求，这在材料选择上存在挑战。需要寻找合适的材料，兼顾各种性能指标，以满足电解槽的工作要求。

b）流道结构的设计优化：双极板流道的结构设计需要考虑流体的均匀分布、低电阻和高效转化等因素。如何优化流道的结构，以实现良好的流体动力学性能和高效的氢气产量，是一个技术难题。

c）电解槽电极和隔膜材料的稳定性和寿命：电解槽电极和隔膜在长时间高电流密度下工作，会受到电解反应、腐蚀和电化学反应等多种因素的影响。因此，如何选择稳定性高、寿命长的电极和隔膜材料，以确保电解槽的持续稳定运行，是一个具有挑战性的问题。

克服这些技术难点需要综合考虑材料科学、流体力学、电化学等多个领域的知识和创新，进行系统的设计和研发工作。

期望实现的主要技术目标

现有的在通过电解水制氢的过程中，极板与电极接触面积小，接触电阻大，内阻大导致功耗大，系统还要加大散热系统的功率，导致整体系统效率就低，也增加系统运行成本，因此，为了解决这一系列问题需要对电解槽双极板材料选择、流道结构设计、加工工艺合理编制进行优化和电解槽电极和隔膜材料选择，已达到提高产氢效率，降低极板制造成本。

（一）电解槽双极板材料选择：金属材质与非金属材质的选择。

（二）流道结构设计：需对流道进行模拟分析,主要研究工作如下: 1)分析了通道尺寸和边界条件对所设计流道内两相流传输的影响，并和传统直通道相比较；2)考察流道截面形状所设计流道内两相流传输的影响。

（三）加工工艺合理编制：根据选定材料和结构设计，选择采取机加工、刻蚀、冲压或其他加工工艺，目的是提高生产效率，降低加工成本。

（四）电解槽电极和隔膜材料合理选择，电极材料选择目的增加电极活性，增加电流密度；隔膜材料选择目的在一定压力下隔膜两侧产生气体互不通过，允许电解槽内电路中离子的自由移动。

需求解析

解析单位：重庆市高新区 解析时间：2023-06-15

李璐

重庆大学

教授

综合评价

对于电解水制氢电解槽双极板流道的材料选择和结构设计技术需求，可以进行综合评价： a）材料性能评价：考虑流道材料的耐腐蚀性、导电性、导热性、机械强度等性能，评估其是否满足电解水制氢电解槽的工作要求。 b）流道结构优化：评估流道结构设计的合理性和优化程度，包括流道形状、尺寸、流体分布等方面，以提高氢气产率和电解效率。 c）能耗评估：评估流道设计对能耗的影响，通过减小压降、优化流速分布等措施来降低能耗，提高电解效率。 d）可持续性评估：评估流道材料的可持续性和环境友好性，例如是否可回收利用、是否具有较低的环境污染等方面。

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