方形电解槽作为一种高效的水电解制氢设备，以其独特的设计和优势在新能源领域中占据了重要地位。本文将详细介绍方形电解槽的结构特点、优势、应用场景以及关键组件和操作流程。
结构特点与优势
1. 高电流密度
方形电解槽能够轻松达到10000A/㎡甚至更高的电流密度，相较于圆形电解槽的4000A/㎡，这意味着更快的制氢速度和更低的单位能耗。高电流密度不仅减少了电解液的使用量和电解槽体积，还降低了设备占地面积和投资成本。
2. 均匀的流场分布
方形电解槽采用零极距极板结构和低液阻分布式流道，使得内部流场分布均匀，流体流动直接，有效避免了电流漂移和集中现象，抑制了杂散电流的存在。
3. 高安全性
方形电解槽采用常压设计，相较于高压系统，氢气泄漏速度明显下降，提高了安全性。模块化设计使得方形槽便于分散式搬移，降低了吊装难度，检修维护也更加方便。
4. 模块化装配
方形电解槽的模块化设计提高了安装、维护和更换的便利性。单元槽之间互相独立，便于后期拆装检修。
应用场景
方形电解槽适用于多种场景，尤其是在需要高电流密度和高安全性的大规模制氢操作中表现出色。其对风电光伏等波动性电源的适应能力更强，负荷范围可达10%-120%。
关键组件
1. 电解槽
- 电极：涂覆有贵金属催化剂，提升电化学反应效率。
- 隔膜：隔离氢气和氧气，允许离子通过，一般采用高性能复合隔膜。
- 槽体：具备优秀的密封性能和足够的机械强度，能在常压或微正压环境下稳定工作。
2. 电源系统
负责为电解槽供应直流电源，包括变压器和整流设备，确保电压和电流的连续稳定输出。
3. 气液分离与处理系统
- 气体分离装置：将氢气和氧气从电解液中分离。
- 气体纯化系统：进一步净化氢气，去除杂质，提高纯度。
- 液体循环系统：循环电解液，保持电解液的浓度和水平。
4. 控制系统
监控整个制氢过程，包括传感器、控制单元和执行机构，实现精确控制。
5. 辅助设备
包括管道和阀门、冷却系统、储氢设施等，确保系统的顺畅运行和安全。
系统操作流程
电解液从碱液循环罐出发，通过液泵输送到阴极和阳极的进料总管，流入电解槽的小室。电解后，未完全反应的碱液和产生的氢气、氧气进入立式气液分离器进行分离。分离后的碱液返回循环罐，氢气和氧气则进入干燥和净化装置，经过处理后供应给用户。
方形电解槽以其高效、安全和模块化的特点，为大规模制取绿氢提供了有力的技术支持，是实现绿氢经济性的关键设备之一。
