CN111826671B - 电解水制气装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电解水制气技术领域，提供了一种电解水制气装置和方法。一种电解水制气装置，包括一个电解水制气单元或多个电解水制气单元组合，每个电解水制气单元包括：相互独立的一个阳极反应室、两个阴极反应室，一个与外界电源连接的阳极和两个均与同一外界电源连接的阴极，两个阴极并联，阳极位于阳极反应室中，两个阴极分别位于两个阴极反应室中。电解水制气方法，包括：采用上述的装置进行电解水制气。本发明提供的装置和方法，阳极反应室和阴极反应室之间的压差基本为零，制气过程稳定性好。在压差基本为零的条件下电解产气可在极高压力下进行，从而有望不需后期额外加压就可直接产生高压气体，满足现场高压制氢的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制气技术领域，具体而言，涉及电解水制气装置和方法。
背景技术
化石能源的大量使用导致全球性的气候和环境问题，为此各国纷纷大力发展可再生能源，如风能、太阳能、潮汐能等。而如风能太阳能等新能源均存在非人力可控的波动，直接并网发电会给电网带来毁灭性破坏。通过电解水制氢将可再生能源转变为化学能是一种切实可行的储能方式，将之与可再生能源结合可很好地解决可再生能源对电网的冲击。
电解水反应发生在电解槽中，而电解槽主要由阴极、阳极、隔膜组成，其中阴极上产生氢气，阳极上产生氧气，隔膜则将阴极和阳极隔开，防止产生的氢气和氧气混合。现存电解水制氢工艺有质子交换膜电解水、碱式电解水、高温电解水、光催化电解水等。但不论采用何种工艺，由于1个水分子含有2个质子和1个氧离子，电解时必然就生成2个体积的氢气和1个体积的氧气，因此阳极反应室和阴极反应室必然存在压差。且该压差随着电解速度的增加而增加。为解决这一问题，工业上常将阳极电解小室(或电解反应室)与外置压力泵相连，电解时根据阴阳极两侧压差对阳极反应室压力进行实时调整，从而使两极间压差维持在较低水平。但在压力平衡过程存在压差信号采集、压力泵执行压力平衡等过程，因此该电解槽进行压力动态平衡时需要一定的响应时间，且由于压力泵的技术限制，其仅允许在一定的压差范围内工作，因此传统的电解系统载荷的动态变换范围较小。另外，外置压力泵的使用必然提高电解系统复杂度和技术难度，导致成本的明显上升，不利于电解技术推广和使用。
专利文件JP2012057226，US10053786公开了：采用高分子聚合物薄膜为隔膜，该薄膜只允许H+通过。将单阴极和单阳极布置在隔膜两侧。氢离子透过高分子聚合物隔膜在阴极形成氢气，电解产生的氧气则和电解液混合一起排出，通过外置压力平衡装置调整阳极电解液的压力，从而实现阴极和阳极间压力平衡。该发明依赖外置的压力平衡装置进行压力平衡，动态响应慢，系统成本高。
专利文件CN108251856A公开了：采用带增强水合功能的质子交换膜作为隔膜，将单阳极片和单阴极片分别置于所用隔膜两侧，并与电源连接，是隔膜两侧的阳极和阴极上分别产生氧气和氢气，并通过循环水泵将阳极液和混合在其中的氧气排出，实现压力平衡。同样的，该发明依赖外置的压力平衡装置进行压力平衡，动态响应慢，系统成本高。
专利文件CN109898092A公开了：通过在电解池内引入第三电极，可根据需要配合阴阳极进行电解，实现独立的析氢和析氧反应，该发明虽可提高产气纯度，但无法实现压力动态平衡和电解单元的叠加制气，因此存在较大缺陷。
专利文件TWM494169公开了：通过在外设两个连通管的存储罐，罐内装满电解液。电解时，氢气存储罐压力增大，推动存储罐内的电解液向氧气存储罐流动，实现压力平衡。该发明虽可实现产气压力平衡，但缺少规模化应用可行性，尤其缺乏高压电解水制氢可行性。
专利文件CN102162107A公开了：通过采用双层隔膜在阴极和阳极分别形成低压区和高压区，其中阴极压力等于电解液压力，阳极压力最高可达24.8MPa。其中一层离子交换膜采用了铂浸入，可提供较高的析氧活性，另外一层未处理的离子交换膜位于阳极和处理过的离子交换膜之间。电解时，由于离子交换膜的选择性透过功能，在阳极形成了一个高压区，在阴极形成低压区，从而获得高压的氧气。该发明以制氧为应用目标，主要用于航空航天领域，无法满足规模化制氢需求。
专利文件CN105734600A，CN105420748A，CN105463497A公开了：采用三个电极构成两个独立的电解槽，分别进行氢气电解和氧气的电解。其三电极分别为对电解水生成氢气具有催化作用的析氢催化电极、对电解水生成氧气具有催化作用的析氧催化电极和氢氧化镍(Ni(OH)2)电极。电解时，一个电解槽用于产氢气，另外一个电解槽用于产氧气；产氢气时，阴极连接析氢催化电极，阳极连接氢氧化镍电极；产氧气时，阴极连接氢氧化镍电极，阳极连接析氧催化电极。该发明专利涉及一种分开产生氢气和氧气的方法，不涉及电解系统的压力平衡。
专利文件CN111005029A公开了：采用共用阳极、对称式双阴极设计实现电解水产气压力自平衡，无需采用外置压力平衡泵，可大幅提高高压电解水制气的稳定性和效率，但采用的是两通道设计，即两个阴极共用一个进液通道和一个排液通道，阳极则使用另外一个进液通道和排液通道，电解时两个阴极上产生的气体总量是阳极产生气体的2倍，因此在阴极排液通道极容易由于产气过多而来不及排出，导致阴极电解小室压力过大，从而使隔膜两侧的压差增加，最终导致隔膜破裂。
鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括：提供了一种电解水制气装置和方法，旨在改善背景技术中提到的至少一种问题。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明实施例提供一种电解水制气装置，包括一个电解水制气单元或多个电解水制气单元组合，每个电解水制气单元包括：相互独立的一个阳极反应室、两个阴极反应室，以及阳极和两个阴极，两个阴极并联，两个阴极的电阻值相差不大于5％，阳极位于阳极反应室中，两个阴极分别位于两个阴极反应室中；
在可选的实施方式中，两个阴极的电阻值相同。优选地，两个阴极的形状和材质完全相同。
在可选的实施方式中，每个电解水制气单元还包括隔膜、阳极极板以及阴极极板；
阳极极板上设置有与阳极匹配的阳极安装槽，阴极极板上设置有与两个阴极匹配的两个阴极安装槽，阳极设置于阳极安装槽内，两个阴极一一对应设置于两个阴极安装槽内；
阳极极板和阴极极板相对设置，隔膜设置于阳极极板与阴极极板之间，隔膜与阳极安装槽围成阳极反应室，隔膜与两个阴极安装槽分别围成两个阴极反应室；
在可选的实施方式中，阳极的面积等于两个阴极的面积之和。
在可选的实施方式中，阳极和阴极包括但不限定于多孔状、泡沫状、网状、片状、层片状。
在可选的实施方式中，阴极材料包括但不限定于镍、钴、铂、钯、铁、铜、银、钼、镍钴合金、镍钼合金、镍铁合金、镍铁钼合金。
在可选的实施方式中，阳极材料包括但不限定于镍、铂、钯、铱、铟、钌、氧化钴、氧化镍、氢氧化镍、氧化铁。
在可选的实施方式中，阳极极板上开设有阳极电解液进口和阳极电解液出口，阳极安装槽内开设有阳极电解液导流槽，阳极电解液导流槽的相对两端分别与阳极电解液进口及阳极电解液出口连通；
阴极极板上开设有阴极电解液进口和阴极电解液出口，每个阴极安装槽内均开设有阴极电解液导流槽，每个阴极电解液导流槽的相对两端分别与阴极电解液进口及阴极电解液出口连通；
两个阴极电解液导流槽的容积分别与阳极电解液导流槽的容积相差不大于5％；
在可选的实施方式中，阳极电解液导流槽与阴极电解液导流槽的宽度相同，阳极电解液导流槽的深度为阴极电解液导流槽的深度的一半，阳极电解液导流槽的长度为每个阴极电解液导流槽长度的两倍；
在可选的实施方式中，阳极电解液导流槽和阴极电解液导流槽均呈往复蜿蜒的蛇形分布。
在可选的实施方式中，阳极电解液导流槽包括两个对称设置的阳极电解液分槽，阳极电解液进口的数量为2个，阳极电解液出口为1个，两个阳极电解液分槽的一端各自与对应的1个阳极电解液进口分别连通，两个阳极电解液分槽的另一端均与阳极电解液出口连通；
阴极电解液出口的数量为2个，阴极电解液进口的数量为1个，两个阴极电解液导流槽的一端各自与对应的1个阴极电解液出口连通，两个阴极电解液导流槽的另一端均与阴极电解液进口连通；
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括多个串联的电解水制气单元，相邻两个串联的电解水制气单元通过其分别的阴极极板与阳极极板连接，且一体成型为双极板。
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括多个并联的电解水制气单元，相邻两个并联的电解水制气单元分别通过其阳极极板与外部电源正极相连，通过其阴极极板与外部电源负极相连，相邻的两个电解水制气单元通过设置于阴极极板后的绝缘垫片隔开。
在可选的实施方式中，每个阳极极板上还设置有与两个阴极电解液出口位置对应的两个第一通孔，每个阳极极板上还设置有与阴极电解液进口位置对应的第二通孔；每个阴极极板上还设置有与两个阳极电解液进口位置对应的两个第三通孔；每个阴极极板上还设置有与阳极电解液出口位置对应的第四通孔；
多个电解水制气单元中对应的多个阳极电解液出口和多个对应的第四通孔连通形成阳极电解液出液通道；多个电解水制气单元中对应的多个阳极电解液进口和多个对应的第三通孔连通形成阳极电解液进液通道；
多个电解水制气单元中对应的多个阴极电解液出口和对应的多个第一通孔连通形成阴极电解液出液通道；多个电解水制气单元中对应的多个阴极电解液进口和对应的多个第二通孔连通形成阴极电解液进液通道。
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括两个阴极电解液出水管，一个阴极电解液进水管，两个阳极电解液进水管，一个阳极电解液出水管；
两个阴极电解液出水管一一对应与两个阴极电解液出水通道连通，阴极电解液进水管与阴极电解液进液通道连通；
两个阳极电解液进水管一一对应与两个阳极电解液进液通道连通，阳极电解液出水管与阳极电解液出水通道连通；
在可选的实施方式中，电解水制气装置还包括底板，底板设置于电解水制气装置的最外端，与底板对应的另一端的最端部的极板为阴极极板时，两个阴极电解液出水管、一个阴极电解液进水管、两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管分别与该最端部的阴极极板的两个阴极电解液出口、一个阴极电解液进口、两个第三通孔以及一个第四通孔连通；与底板对应的另一端的最端部的极板为阳极极板时，两个阴极电解液出水管、一个阴极电解液进水管、两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管分别与该最端部的阳极板的两个第一通孔、一个第二通孔、两个阳极电解液进口以及一个阳极电解液出口连通；
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括分别设置于电解水制气装置相对两端的阳极极板和阴极极板外侧的两个底板，两个阴极电解液出水管、一个阴极电解液进水管、两个阳极电解液进水管和一个阳极电解液出水管均设置于一个双极板的周壁上；
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括分别设置于电解水制气装置相对两端的阳极极板和阴极极板外侧的两个底板，两个阴极电解液出水管，一个阳极电解液出水管设置于一个底板上，两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个底板上。
在可选的实施方式中，电解水制气装置包括阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管、阴极电解液出水管以及多个依次排列设置的电解水制气单元，多个电解水制气单元包括位于电解水制气装置相对两端的第一电解水制气单元和第二电解水制气单元；
第一电解水制气单元和第二电解水制气单元的阳极安装槽内均开设有阳极电解液导流槽，第一电解水制气单元和第二电解水制气单元的阴极安装槽内开设有阴极电解液导流槽，
第一电解水制气单元的阴极极板上均设置有与对应的阴极电解液导流槽连通的阴极电解液出口和阴极电解液进口；第二电解水制气单元的阳极极板上设置有与阳极电解液导流槽连通的阳极电解液出口和阳极电解液进口；第二电解水制气单元的阳极极板上还设置有与第一电解水制气单元的阴极电解液出口连通的第一通孔、与第一电解水制气单元的阴极电解液进口连通的第二通孔；第一电解水制气单元的阴极极板上均设置有与第二电解水制气单元的阳极电解液进口连通的第三通孔、与第二电解水制气单元的阳极电解液出口连通的第四通孔；第一通孔和阴极电解液出口连通形成阴极电解液出液通道，第二通孔和阴极电解液进口连通形成阴极电解液进液通道，第三通孔和阳极电解液进口连通形成阳极电解液进液通道，第四通孔和阳极电解液出口连通形成阳极电解液出液通道；阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管分别与阳极电解液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通；
多个电解水制气单元串联，阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于第一电解水制气单元的阳极极板与阳极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，多个电解水制气单元串联，阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于第二电解水制气单元的阴极极板与阴极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，多个电解水制气单元串联，阳极电解液进水管和阴极电解液进水管设置于第一电解水制气单元的阳极极板与阳极电解液导流槽位置相对的一侧，阳极电解液出水管和阳极电解液出水管设置于第二电解水制气单元的阴极极板与阴极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，多个电解水制气单元串联，阳极电解液进水管和阴极电解液进水管设置于第二电解水制气单元的阴极极板与阴极电解液导流槽位置相对的一侧，阳极电解液出水管和阳极电解液出水管设置于第一电解水制气单元的阳极极板与阳极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，多个电解水制气单元串联，相邻两个串联的电解水制气单元通过其分别的阴极极板与阳极极板连接，且一体成型为双极板，阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于双极板的周壁。
或者，多个电解水制气单元并联，相邻两个并联的电解水制气单元分别的阳极极板和阴极极板之间设置有绝缘垫片，每个绝缘垫片上开设有分别与阳极电解液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔，阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于绝缘垫片的周壁且与对应的电解液通孔连通，多个电解水制气单元的阴极极板均电连接，多个电解水制气单元的阳极极板均电连接。
在可选的实施方式中，多个电解水制气单元还包括至少一个中部电解水制气单元，至少一个中部电解水制气单元设置于第一电解水制气单元和第二电解水制气单元之间；
多个电解水制气单元串联，每个中部电解水制气单元的阴极极板与相邻的电解水制气单元的阳极极板一体成型为双极板，每个中部电解水制气单元的阳极极板与相邻的电解水制气单元的阴极极板一体成型为双极板，每个双极板上均设置有对应与阳极电解液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的连通孔；
或者，多个电解水制气单元并联，相邻两个电解水制气单元分别的阳极极板和阴极极板之间设置有绝缘垫片，每个绝缘垫片上均设置有对应与阳极电解液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔。
在可选的实施方式中，电解液为酸性水溶液、碱性水溶液、纯水、水蒸气或海水；
电解水制气单元所用到的隔膜的材料为只允许离子透过而不允许气体透过的材料、不允许离子透过也不允许气体透过的材料，或者采用表面带有微孔允许少量电解液透过的材料；
优选地，隔膜包括质子交换膜、阴离子交换膜、氢氧根离子交换膜、阳离子交换膜、氧离子导体氧化物隔膜、质子导体氧化物隔膜、氢氧化物隔膜、聚砜薄膜或高分子负载ZrO2薄膜。
第二方面，本发明实施例提供一种电解水制气方法，包括：采用本发明任一实施方式提供的装置进行电解水制气；
在可选的实施方式中，通入阳极反应室和每个阴极反应室内的电解液的量相同。
本发明实施例的有益效果包括：
由于两个阴极电阻值基本相同，故单位时间内通过两个阴极的电荷量基本相等，电解时产生的氢气量相等。同时，单位时间内通过阳极的电荷量必然等于单位时间内通过两个阴极上的电荷量之和，即单位时间内通过阳极的电荷量等于单位时间内通过阴极电荷量的2倍。而每产生一个体积的氧气所消耗的电荷量为产生一个体积氢气所消耗的电荷量的2倍，因此在阳极上产生的氧气量与阴极上产生的氢气量相等，因此阳极反应室、与两个阴极反应室产气量相等，如此，不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差基本为零，该电解水制气装置稳定性好；在压差为零的条件下电解产生的气体压力也将极高，因此有望不需后加压就可直接产生高压气体，从而满足现场高压制氢需求。该方案的应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使用较小的存储罐就可满足日常加氢需求，该方案的使用可有效降低电解水制气成本，提高绿色能源制氢市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有的阳极水制气原理图和本发明提供的电解水制气装置的原理图的对比图；
图2为现有的阳极水制气原理图和本发明提供的电解水制气装置的原理图的对比图；
图3右图为阳极极板的结构示意图，左图为阳极将要装配至阳极极板上时的示意图；
图4左图为阴极极板的结构示意图，右图为阴极将要装配至阴极极板上时的示意图；
图5右图为阳极极板上的阳极电解液导流槽内通入电解液后的电解液的流向示意图，左图为阴极极板上的阴极电解液导流槽内通入电解液后的电解液的流向示意图；
图6为第一实施例提供的电解水制气装置的爆炸图；
图7为双极板的结构构成原理图；
图8为第一实施例提供的电解水制气装置装配好后的结构示意图；
图9为第二实施例提供的电解水制气装置的爆炸图；
图10为第二实施例提供的电解水制气装置装配好后的结构示意图；
图11为第二实施例中中板的结构示意图，左图和有图分别为不同视角下的示意图；
图12为第三实施例提供的电解水制气装置的爆炸图；
图13为第三实施例提供的电解水制气装置装配好后的结构示意图；
图14为第四实施例提供的圆柱形电解水制气装置的阳极极板和阴极极板的结构示意图，左图为阳极极板的结构示意图，右图为阴极极板的结构示意图；
图15为第四实施例提供的圆柱形电解水制气装置的双极板构成原理结构示意图；
图16为第四实施例提供的圆柱形电解水制气装置的爆炸图；
图17为第四实施例提供的圆柱形电解水制气装置装配后的结构示意图；
图18为第五实施例提供的圆柱形电解水制气装置的爆炸图；
图19为第五实施例提供的圆柱形电解水制气装置装配后的结构示意图。
图标：10-电解水制气装置；100-电解水制气单元；100a-第一电解水制气单元；100b-中部电解水制气单元；100c-第二电解水制气单元；101-阳极；102-阴极；103-隔板；105-双极板；106-阴极电解液出水管；107-阴极电解液进水管；108-阳极电解液进水管；109-阳极电解液出水管；110-阳极极板；111-阳极安装槽；112-阳极电解液导流槽；113-阳极电解液出口；114-阳极电解液进口；115-第一通孔；116-第二通孔；120-阴极极板；121-阴极安装槽；122-阴极电解液导流槽；123-阴极电解液出口；124-阴极电解液进口；125-第三通孔；126-第四通孔；130-隔膜；140-底板；150-中板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
如图1和图2所示，图1和图2中的左图均为现有的电解水制气单元的基本结构图，右图为本发明实施例提供的电解水制气单元100的基本结构图。
本发明实施例提供一种电解水制气装置10，包括一个电解水制气单元100或多个电解水制气单元100组合，每个电解水制气单元100包括：相互独立的一个阳极反应室(图未示)、两个阴极反应室(图未示)，一个与外阳极101和两个阴极102，两个阴极102并联，两个阴极102的电阻值相差不大于5％，阳极101位于阳极反应室中，两个阴极102分别位于两个阴极反应室中。优选地，两个阴极102的电阻值相同，更优选地，在本实施例中，两个阴极102的电阻值相同是指两个阴极的形状和材质完全相同。
电解水过程中阴极产生的气体总摩尔数是阳极产气的两倍，普通的电解水装置仅有一个阴极，因此阳极反应室和阴极反应室必然存在压差。且该压差随着电解速度的增加而增加。而本申请中由于两个阴极102的电阻值基本相同，故通过两个阴极102的电荷基本相等，电解时产生的氢气量基本相等，因此阳极反应室、与两个阴极反应室产气量基本相等，如此，不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差基本为零。因此，本发明提供的电解水制气装置稳定性好。而优选地，当两个阴极101的材质和大小完全相同时，通过两个阴极102的电荷量相等，可达到阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差为零，更进一步保证了装置的稳定性。
具体地，如图1-6所示，电解水制气单元100还包括隔膜130、阳极极板110以及阴极极板120。阳极极板110上设置有与阳极101匹配的阳极安装槽111，阴极极板120上设置有与两个阴极102匹配的两个阴极安装槽121，阳极101设置于阳极安装槽111内，两个阴极102一一对应设置于两个阴极安装槽121内。阳极极板110和阴极极板120相对设置，隔膜130设置于阳极极板110与阴极极板120之间，隔膜130与阳极安装槽111围成阳极反应室，隔膜130与阴极安装槽121围成阴极反应室。
电解水过程中，用到的电解液包括但不限于酸性水溶液、碱性水溶液、纯水、水蒸气或海水。阴极电解液与阳极电解液可以相同也可以不同，而为了保证装置的稳定性更好，阳极电解液和阴极电解液选择同种电解液。
隔膜130的材料为只允许离子透过而不允许气体透过的材料、不允许离子透过也不允许气体透过的材料，或者采用表面带有微孔允许少量电解液透过的材料。优选地，隔膜130包括但不限于质子交换膜、阴离子交换膜、氢氧根离子交换膜、阳离子交换膜、氧离子导体氧化物隔膜、质子导体氧化物隔膜、氢氧化物隔膜、聚砜薄膜或高分子负载ZrO2薄膜。
阳极和阴极包括但不限定于多孔状、泡沫状、网状、片状、层片状。阴极材料包括但不限定于镍、钴、铂、钯、铁、铜、银、钼、镍钴合金、镍钼合金、镍铁合金、镍铁钼合金。阳极材料包括但不限定于镍、铂、钯、铱、铟、钌、氧化钴、氧化镍、氢氧化镍、氧化铁。
进一步地，为保证装置的稳定性，阳极101的面积等于两个阴极102的面积之和。
进一步地，阳极极板110上开设有阳极电解液进口114和阳极电解液出口113，阳极安装槽111内开设有阳极电解液导流槽112，阳极电解液导流槽112的相对两端分别与阳极电解液进口114及阳极电解液出口113连通。
阴极极板120上开设有阴极电解液进口124和阴极电解液出口123，每个阴极安装槽121内均开设有阴极电解液导流槽122，每个阴极电解液导流槽122的相对两端分别与阴极电解液进口124及阴极电解液出口123连通。
两个阴极电解液导流槽122的容积分别与阳极电解液导流槽112的容积相差不大于5％。
电解水产气时，通过向阳极电解液进口114以及阴极电解液进口124中通入电解液，电解液进入阳极电解液导流槽112和阴极电解液导流槽122中，反应剩余的电解液和产生的氧气经阳极101电解后的电解液从阳极电解液出口113排出，反应剩余的电解液和产生的氢气从阴极电解液出口123排出；在导流槽容积基本相同的情况下通过合理通知电解液的通入速率可保证每个电解室参与反应的电解液的量基本相同，保证气压平衡，保证装置的稳定性。
两个阴极电解液导流槽122的容积分别与阳极电解液导流槽112的容积相等具体是：阳极电解液导流槽112与阴极电解液导流槽122的宽度相同，阳极电解液导流槽112的深度为阴极电解液导流槽122的深度的一半，阳极电解液导流槽112的长度为每个阴极电解液导流槽122长度的两倍，可保证两个阴极电解液导流槽的容积分别与阳极电解液导流槽的容积相同。
优选地，为了合理利用阳极极板110和阴极极板120的面积，阳极电解液导流槽112和阴极电解液导流槽122均呈往复蜿蜒的蛇形分布。
进一步地，阳极电解液导流槽112包括两个对称设置的阳极电解液分槽(图未标)，阳极电解液进口114的数量为2个，阳极电解液出口113为1个，两个阳极电解液分槽的一端各自与对应的2个阳极电解液进口114分别连通，两个阳极电解液分槽的另一端均与阳极电解液出口113连通。
阴极电解液出口123的数量为2个，阴极电解液进口124的数量为1个，两个阴极电解液导流槽122的一端各自与对应的2个阴极电解液出口123连通，两个阴极电解液导流槽122的另一端均与阴极电解液进口124连通。
如此设置能够实现电解水制气单元100的三进三出。
以下对本发明提供的几个实施例进行具体描述，实施例中未提到的结构参考上述内容。
第一至第三实施例中提供的电解水制气装置10均呈长方体形，每个零部件形状为长方形。
第一实施例
如图3、4和图6所示，本实施例提供的电解水制气装置10包括多个串联的电解水制气单元100。具体地，包括第一电解水制气单元100a和第二电解水制气单元100c以及中部电解水制气单元100b。
如图7所示，相邻两个串联的电解水制气单元100通过其分别的阴极极板120与阳极极板110连接，且一体成型为双极板105。即双极板105的一侧结构与阴极极板120结构相同，另一侧与阳极极板110相同。此种设置便于将使多个电解水制气单元100装配为一体。装配后得到的装置结构如图8所示。中部电解水制气单元100b的每个阳极极板110上还设置有与两个阴极电解液出口123位置对应的两个第一通孔115，每个阳极极板110上还设置有与阴极电解液进口124位置对应的第二通孔116；每个阴极极板120上还设置有与两个阳极电解液进口114位置对应的两个第三通孔125；每个阴极极板120上还设置有与阳极电解液出口113位置对应的第四通孔126。
第一电解水制气单元100a与中部电解水制气单元100b的结构基本相同，不同之处仅在于：将第一电解水制气单元100a的阳极极板110上的阳极电解液出口113、阳极电解液进口114、第一通孔115以及第二通孔116封闭。实现上述内容中提到的“封闭”的方式可以是直接在生产加工时就对需要封闭的位置不开孔；也可以采用橡胶塞等填塞物对需要封闭的孔进行填塞。第二电解水制气单元100c与中部电解水制气单元100b的结构完全相同。
多个电解水制气单元100中对应的多个阳极电解液出口113和多个对应的第四通孔126连通形成阳极电解液出液通道；多个电解水制气单元100中对应的多个阳极电解液进口114和多个对应的第三通孔125连通形成阳极电解液进液通道。
多个电解水制气单元100中对应的多个阴极电解液出口123和对应的多个第一通孔115连通形成阴极电解液出液通道；多个电解水制气单元100中对应的多个阴极电解液进口124和对应的多个第二通孔116连通形成阴极电解液进液通道。
装置使用时，第二电解水制气单元100c的阴极电解液进口124和第三通孔125中分别通入阴极电解液和阳极电解液，则电解液通过阴极电解液进液通道以及阳极电解液进液通道进入各个电解水制气单元100的电解液导流槽中参与电解水反应。然后产生的气体以及电解液从阴极电解液出口123和第四通孔126排出。
电解时，电流由第一电解水制气单元100a的阳极101进入，经过第一电解水制气单元100a的阴极102进入双极板105，并相续导入后续中部电解水制气单元100b以及第二电解水制气单元100c，并最终在第二电解水制气单元100c的阴极102流出，回到外部电源负极。
进一步地，电解水制气装置10包括两个阴极电解液出水管106，一个阴极电解液进水管107，两个阳极电解液进水管108，一个阳极电解液出水管109。两个阴极电解液出水管106一一对应与两个阴极电解液出水通道连通，阴极电解液进水管107与阴极电解液进液通道连通，两个阳极电解液进水管108一一对应与两个阳极电解液进液通道连通，阳极电解液出水管109与阳极电解液出水通道连通。即在本实施例中，两个阴极电解液出水管106，一个阴极电解液进水管107，两个阳极电解液进水管108，一个阳极电解液出水管109均设置于第二电解水制气单元100c的阴极极板120与阴极电解液导流槽位置相对的一侧，依次与阴极极板120上的两个阴极电解液出口123、一个阴极电解液进口124、两个第三通孔125以及一个第四通孔126连通。
需要说明的是，在本实施例之外的其他实施例中，还可以是第一电解水制气单元100a与中部电解水制气单元100b的结构完全相同，第二电解水制气单元100c与中部电解水制气单元100b的结构基本相同，不同之处仅在于：将第二电解水制气单元100c的阴极极板120上的阴极电解液出口123、阴极电解液进口124、第三通孔125以及第四通孔126封闭。而两个阴极电解液出水管106，一个阴极电解液进水管107，两个阳极电解液进水管108，一个阳极电解液出水管109均设置于第一电解水制气单元100a的阳极极板110与阳极电解液导流槽位置相对的一侧，依次与阳极极板上的两个第一通孔115、一个第二通孔116，两个阳极电解液进口114、一个阳极电解液出口113连通。
需要说明的是，本实施例之外的其他实施例中，电解水制气装置10还可以仅包括第一电解水制气单元100a和第二电解水制气单元100c而不包括中部电解水制气单元100b，其实现原理与本实施例提供的电解水制气装置10基本相同。
本实施例提供的电解水制气装置10内的所有电解单元均具有基本相同的部件和结构，各单元电解时电解液进入位置、方式完全相同，电解后电解液流出位置和方式相同，产气排出设计也相同，因此电解时各电解小室的压力状态也始终保持一致。以图6所示第一电解水制气单元100a为例，在阳极101上产生的1个体积的氧气经双极板105上的阳极电解液导流槽导流至顶部出口，在阳极反应室形成一定的压力。同时，第一电解水制气单元100a的两个阴极上各产生1个体积的氢气，并在各自的阴极反应室形成与阳极反应室相等的压力，使隔膜130两侧的压力相等。隔膜在一定的压差范围内可保持各项特性稳定，因此即使电解反应发生在极高压力下，如200MPa，300MPa，500MPa，甚至更高，但只要隔膜两侧的压差始终保持在极低水平，电解过程也可正常进行。在此压力下电解产生的气体压力也将极高，从而有望不需后加压就可直接产生高压气体，从而满足现场高压制氢需求。此外，该技术的应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使用较小的存储罐就可满足日常加氢需求。
本实施例提供的电解水制气装置10采用多组三通道直叠式电解单元叠加组合，通过双极板105将相邻的电解单元相连，无需跳线即可形成如图8所示的电解模块，且可根据需要灵活选择叠加单元的数量，从而形成一定功率的电解系统，满足特定需求。双极板105采用可耐强碱腐蚀的不锈钢，如304不锈钢，316不锈钢等。电解液从右侧极板上底部的三个电解液进口进入，并经各部件底部的电解液进液通道进入电解水制气单元，多余的电解液和电解产生的气体则在顶部三个电解液出水通道汇集排出。三个电解液进液通道可使用三个独立的电解液循环系统，也可共用一个电解液循环系统，但为保证进液行为一致，三个电解液进液通道所用电解液循环系统在配件、电气化控制、布管排线等方面应严格保持一致。面板上的三个电解液出水通道分别与气液分离器相连，其中气体经分离干燥后进入储罐，电解液则被循环使用。
第二实施例
本实施例与第一实施例基本相同，不同之处仅在于电解液进水管和出水管的设置位置，以及第一电解水制气单元100a和第二电解水制气单元100c的结构不同。
如图9和图10所示，本实施例提供的装置，两个阴极电解液出水管106，一个阴极电解液进水管107，两个阳极电解液进水管108，一个阳极电解液出水管109均设置于一个双极板105的周壁上，该双极板105命名为中板150，中板150的结构如图11所示。
第一电解水制气单元100a的阳极极板110上未设置的阳极电解液出口113、阳极电解液进口114、第一通孔115以及第二通孔116。第二电解水制气单元100c的阴极极板上未设置阴极电解液出口123、阴极电解液进口124、第三通孔125以及第四通孔126。
第三实施例
本实施例与第一实施例基本相同，不同之处仅在于电解液进水管和出水管的设置位置，以及第一电解水制气单元100a和第二电解水制气单元100c的结构不同。
如图12和图13所示，本实施例提供的装置，两个阴极电解液出水管106和一个阳极电解液出水管109设置于第一电解水制气单元100a的阳极极板上，第一电解水制气单元100a的阳极极板110上未设置阳极电解液进口114和第二通孔116。两个阳极电解液进水管108和一个阴极电解液进水管107设置于第二电解水制气单元100c的阴极极板120上，阴极极板120上未设置阴极电解液出口123和第四通孔126。
需要说明的是，在本实施例之外的其他实施例中，还可以是两个阴极电解液出水管106和一个阳极电解液出水管109设置于第二电解水制气单元100c的阴极极板120上，该阴极极板120上未设置阴极电解液进口124和第三通孔125。两个阳极电解液进水管108和一个阴极电解液进水管107设置于第一电解水制气单元100a的阳极极板110上，该阳极极板110上未设置阳极电解液除出口113和第一通孔115。
第四实施例
如图14至图17所示，本实施例与第一实施例基本相同，不同之处仅在于本实施例提供的装置形状，且位于装置两端的电解水制气单元100的结构不同，在本实施例中，装置中的每个电解水制气单元的结构均与中部电解水制气单元100b相同，除此之外，本实施例中，装置还包括了分别设置于两端部的两个底板140。两个底板140分别将与其相邻的极板上的通孔、进液口或出液口封闭。
本实施例采用圆形电极设计，提供的电解水制气装置呈圆柱形，则对应的装置内的各个零部件为圆形。图14中圆形的阳极极板110、隔板103和阴极极板120组合形成双极板105。底板140每个的边缘位置均匀开设有螺孔，通过将螺柱的相对两端分别穿过对应的两个底板140上的螺孔并用螺帽紧固实现装置的封装。
第五实施例
如图18和19所示，本实施例与第二实施例基本相同，不同之处仅在于本实施例提供的装置形状与其不同，本实施例采用圆形电极设计，第一电解水制气单元100a的结构不同，在本实施例中，第一电解水制气单元100a的结构与中部电解水制气单元100b的结构完全相同，此外，本实施例提供的装置还包括底板140，底板140设置于第一电解水制气单元100a的外端，将第一电解水制气单元100a上的通孔、进液口或出液口全部封闭。
本实施例还包括设置于第一提供的电解水制气装置呈圆柱形，则对应的装置内的各个零部件为圆形。
需要说明的是，在本实施例以外的其他实施例中提供的装置可以与第三实施例中提供的装置结构相似，电解水制气装置包括分别设置于电解水制气装置相对两端的阳极极板和阴极极板外侧的两个底板，两个阴极电解液出水管，一个阳极电解液出水管设置于一个底板上，两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个底板上。
需要说明的是，在本发明提供上述几个实施例以外的实施例中，电解水制气装置还可以包括多个并联的电解水制气单元，相邻两个并联的电解水制气单元分别的阳极极板和阴极极板之间设置有绝缘垫片，每个绝缘垫片上开设有分别与阳极电解液进液通道、阳极电解液出液通道、阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的电解液通孔，阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于绝缘垫片的周壁且与对应的电解液通孔连通，多个电解水制气单元的阴极极板均电连接，并且与外部电源负极相连，多个电解水制气单元的阳极极板均电连接，并且与外部电源正极相连。
本发明实施例还提供了一种电解水制气方法，包括：采用本发明实施例提供的装置进行电解水制气。该方法使每个反应室没有压差，可以长期稳定进行水解制气。
优选地，为了使得水解制气更稳定，通入阳极反应室和每个阴极反应室内的电解液的量相同。
综上所述，本发明提供的电解水制气装置，由于两个阴极的电阻值基本相同，故任何时刻通过两个阴极的电荷基本相等，而任何时刻通过阳极的电荷量都等于通过两个阴极电荷量之和，因此，通过阳极的电荷量为通过两个阴极的电荷量的两倍，因此电解时在两个阴极上产生的氢气量基本相等。而由于产生等量的氧气和氢气时，产生氧气需要消耗的电荷量为产生氢气需要消耗的电荷量的两倍，因此，在两个阴极上产生氢气量基本相等时，在阳极上产生的氧气量基本等于在两个阴极上产生的氢气量，且在阳极上产生的氧气量必然等于在两个阴极产生的氢气量之和。因此阳极反应室、与两个阴极反应室产气量基本相等，如此，不论装置运行多长时间也可保持阳极反应室和两个阴极反应室之间的压差基本为零，该电解水制气装置稳定性好；在压差为零的条件下电解环境压力即使达到极高值，电解始终能稳定进行，且产生的气体压力也将极高，从而有望不需后加压就可直接产生高压气体，从而满足现场高压制氢需求。该方案的应用可使加氢站不使用高压气体存储罐或仅使用较小的存储罐就可满足日常加氢需求。优选地，当两个阴极完全相同(材质和大小完全相同)的情况下可保证通过两个阴极的电荷量相同，进行保证产气量完全相等，进一步提高装置的稳定性。
当本发明提供的电解水制气装置通过隔膜隔离阴极反应室和阳极反应室时，隔膜两侧的压差始终保持在极低水平，电解过程可正常进行。
而当装置包括多个串联的电解水制气单元时，则实施例提供了的是一种三通道直叠式电解水制气压力自平衡装置，三通道直叠式电解水制气电极设计可以实现高压力、高动态载荷、快速响应的电解水制气，尤其适合与风能、太阳能等波动性较大的能源结合，该技术的使用可有效降低电解水制气成本，提高绿色能源制氢市场竞争力。
本发明提供的电解水制气方法。该方法使每个反应室没有压差，可以长期稳定进行水解制气。该技术尤其适合现场高压制氢需求，如加氢站。因该方法的特殊性，可减少或不需要高压气体存储罐，从而大大提高加氢站的安全性，大大有利于我国新能源技术的发展和应用，尤其是氢能相关技术的发展和推广。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.电解水制气装置，其特征在于，包括多个串联的电解水制气单元，每个所述电解水制气单元包括：相互独立的一个阳极反应室、两个阴极反应室，以及阳极和两个面积为阳极一半的阴极，两个所述阴极并联设置于阳极的同一侧，两个所述阴极的电阻值相差不大于5％，所述阳极位于阳极反应室中，两个所述阴极分别位于两个阴极反应室中；
每个所述电解水制气单元还包括隔膜、阳极极板以及阴极极板；
所述阳极极板上设置有与所述阳极匹配的阳极安装槽，所述阴极极板上设置有与两个所述阴极匹配的两个阴极安装槽，所述阳极设置于所述阳极安装槽内，两个所述阴极一一对应设置于两个所述阴极安装槽内；
所述阳极极板和所述阴极极板相对设置，所述隔膜设置于所述阳极极板与所述阴极极板之间，所述隔膜与所述阳极安装槽围成所述阳极反应室，所述隔膜与两个所述阴极安装槽分别围成两个阴极反应室；
所述阳极极板上开设有阳极电解液进口和阳极电解液出口，所述阳极安装槽内开设有阳极电解液导流槽，所述阳极电解液导流槽的相对两端分别与所述阳极电解液进口及所述阳极电解液出口连通；
所述阴极极板上开设有阴极电解液进口和阴极电解液出口，每个所述阴极安装槽内均开设有阴极电解液导流槽，每个所述阴极电解液导流槽的相对两端分别与所述阴极电解液进口及所述阴极电解液出口连通；
两个所述阴极电解液导流槽的容积分别与所述阳极电解液导流槽的容积相差不大于5％。
2.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，两个所述阴极的电阻值相同。
3.根据权利要求2所述的电解水制气装置，其特征在于，两个所述阴极的形状和材质完全相同。
4.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，所述阳极的面积等于两个所述阴极的面积之和。
5.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，所述阳极电解液导流槽与所述阴极电解液导流槽的宽度相同，所述阳极电解液导流槽的深度为所述阴极电解液导流槽的深度的一半，所述阳极电解液导流槽的长度为每个所述阴极电解液导流槽长度的两倍。
6.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，所述阳极电解液导流槽和所述阴极电解液导流槽均呈往复蜿蜒的蛇形分布。
7.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，所述阳极电解液导流槽包括两个对称设置的阳极电解液分槽，所述阳极电解液进口的数量为2个，所述阳极电解液出口为1个，两个所述阳极电解液分槽的一端各自与对应的1个所述阳极电解液进口分别连通，两个所述阳极电解液分槽的另一端均与所述阳极电解液出口连通；
所述阴极电解液出口的数量为2个，所述阴极电解液进口的数量为1个，两个所述阴极电解液导流槽的一端各自与对应的1个所述阴极电解液出口连通，两个所述阴极电解液导流槽的另一端均与所述阴极电解液进口连通。
8.根据权利要求7所述的电解水制气装置，其特征在于，相邻两个串联的所述电解水制气单元通过其分别的所述阴极极板与所述阳极极板连接，且一体成型为双极板。
9.根据权利要求8所述的电解水制气装置，其特征在于，每个所述阳极极板上还设置有与两个所述阴极电解液出口位置对应的两个第一通孔，每个阳极极板上还设置有与阴极电解液进口位置对应的第二通孔；每个所述阴极极板上还设置有与两个所述阳极电解液进口位置对应的两个第三通孔；每个阴极极板上还设置有与阳极电解液出口位置对应的第四通孔；
多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阳极电解液出口和多个对应的所述第四通孔连通形成阳极电解液出液通道；多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阳极电解液进口和多个对应的所述第三通孔连通形成阳极电解液进液通道；
多个所述电解水制气单元中对应的多个阴极电解液出口和对应的多个所述第一通孔连通形成阴极电解液出液通道；多个所述电解水制气单元中对应的多个所述阴极电解液进口和对应的多个第二通孔连通形成阴极电解液进液通道。
10.根据权利要求9所述的电解水制气装置，其特征在于，所述电解水制气装置包括两个阴极电解液出水管，一个阴极电解液进水管，两个阳极电解液进水管，一个阳极电解液出水管；
两个所述阴极电解液出水管一一对应与两个所述阴极电解液出水通道连通，所述阴极电解液进水管与所述阴极电解液进液通道连通；
两个所述阳极电解液进水管一一对应与两个所述阳极电解液进液通道连通，所述阳极电解液出水管与所述阳极电解液出水通道连通。
11.根据权利要求10所述的电解水制气装置，其特征在于，所述电解水制气装置还包括底板，所述底板设置于所述电解水制气装置的最外端，与所述底板对应的另一端的最端部的极板为所述阴极极板时，两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管分别与该最端部的所述阴极极板的两个所述阴极电解液出口、一个阴极电解液进口、两个所述第三通孔以及一个所述第四通孔连通；与所述底板对应的另一端的最端部的极板为所述阳极极板时，两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管分别与该最端部的所述阳极板的两个所述第一通孔、一个所述第二通孔、两个所述阳极电解液进口以及一个所述阳极电解液出口连通。
12.根据权利要求10所述的电解水制气装置，其特征在于，所述电解水制气装置包括分别设置于所述电解水制气装置相对两端的所述阳极极板和所述阴极极板外侧的两个底板，两个所述阴极电解液出水管、一个所述阴极电解液进水管、两个所述阳极电解液进水管、一个所述阳极电解液出水管均设置于一个所述双极板的周壁上。
13.根据权利要求10所述的电解水制气装置，其特征在于，所述电解水制气装置包括分别设置于所述电解水制气装置相对两端的所述阳极极板和所述阴极极板外侧的两个底板，两个所述阴极电解液出水管、一个所述阳极电解液出水管设置于一个所述底板上、两个阳极电解液进水管和一个阴极电解液进水管设置于另一个所述底板上。
14.根据权利要求9所述的电解水制气装置，其特征在于，所述电解水制气装置还包括阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管，多个所述电解水制气单元包括位于所述电解水制气装置相对两端的第一电解水制气单元和第二电解水制气单元；
所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元的阳极安装槽内均开设有阳极电解液导流槽，所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元的阴极安装槽内开设有阴极电解液导流槽，
所述阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管分别与所述阳极电解液进液通道、所述阳极电解液出液通道、所述阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通；
所述阳极电解液进水管、阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，所述阳极电解液进水管、所述阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，所述阳极电解液进水管和所述阴极电解液进水管设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧，所述阳极电解液出水管和所述阳极电解液出水管设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，所述阳极电解液进水管和所述阴极电解液进水管设置于所述第二电解水制气单元的阴极极板与所述阴极电解液导流槽位置相对的一侧，所述阳极电解液出水管和所述阳极电解液出水管设置于所述第一电解水制气单元的阳极极板与所述阳极电解液导流槽位置相对的一侧；
或者，相邻两个串联的所述电解水制气单元通过其分别的所述阴极极板与所述阳极极板连接，且一体成型为双极板，所述阳极电解液进水管、所述阳极电解液出水管、阴极电解液进水管以及阴极电解液出水管均设置于所述双极板的周壁。
15.根据权利要求14所述的电解水制气装置，其特征在于，多个所述电解水制气单元还包括至少一个中部电解水制气单元，至少一个所述中部电解水制气单元设置于所述第一电解水制气单元和所述第二电解水制气单元之间；
每个所述中部电解水制气单元的阴极极板与相邻的电解水制气单元的阳极极板一体成型为双极板，每个所述中部电解水制气单元的阳极极板与相邻的电解水制气单元的阴极极板一体成型为双极板，每个所述双极板上均设置有对应与所述阳极电解液进液通道、所述阳极电解液出液通道、所述阴极电解液进液通道以及阴极电解液出液通道连通的连通孔。
16.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，电解液为酸性水溶液、碱性水溶液、纯水或海水；
所述电解水制气单元所用到的隔膜的材料为只允许离子透过而不允许气体透过的材料、不允许离子透过也不允许气体透过的材料，或者采用表面带有微孔允许少量电解液透过的材料。
17.根据权利要求1所述的电解水制气装置，其特征在于，所述隔膜包括质子交换膜、阴离子交换膜或阳离子交换膜。
18.一种电解水制气方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1～17任一项所述的装置进行电解水制气。
19.根据权利要求18所述的电解水制气方法，其特征在于，通入所述阳极反应室和每个所述阴极反应室内的电解液的量相同。
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