2.水电解制氢是指水分子在直流电作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极片 和阴极片析出。根据电解槽隔膜材料的不同，通常将水电解制氢分为碱性水电解(ae)、 质子交换膜(pem)水电解以及高温固体氧化物水电解(soec)。

  3.目前，日常生活中常常用到小型化的水电解制氢装置，此类制氢装置往往包括阴极片、 阳极片和设置于二者之间的交换膜。当电极通电时，水在阴极片发生反应而产生氢气，在 阳极片反应而产生氧气，交换膜在其间引导了氢氧根离子或是氢离子的交换。

  4.现存技术的水电解制氢装置，其通过多颗螺钉将两个支架固定在一起，对电解组件形 成夹持，因此电解组件的不一样的部位的受力不均，轻易造成局部压力增加，寿命缩短。

  5.为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种制氢装置，包括：

  6.电解组件，电解组件包括：阴极片、交换膜和阳极片，阴极片、交换膜和阳极片依次 堆叠设置，电解组件具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面；装配组件，包括第一 支架和套设在第一支架上的第二支架，第一支架上设置有外螺纹，第二支架上设置有内螺 纹，外螺纹与内螺纹螺接，以将电解组件夹持于第一支架和第二支架之间，并使第一支架 抵持在第一外接触面上，第二支架抵持在第二外接触面上。

  7.可选地，电解组件包括各自连接在阴极片和阳极片上的导电结构；装配组件上预留有 槽孔结构，以便导电结构通过。

  8.可选地，槽孔结构包括：导电孔，导电孔自第二支架的内壁穿透至外壁，导电结构穿 过导电孔与外部供电线.可选地，槽孔结构包括：导电槽，沿着第一支架的轴线方向设置在外螺纹上，导电槽 在第一支架的外壁的径向上的深度大于外螺纹的深度；或者，导电槽沿着第二支架的轴线 方向设置在内螺纹上，导电槽在第二支架的内壁的径向上的深度大于内螺纹的深度；外螺 纹的深度小于内螺纹的深度，以在外螺纹旋入内螺纹时，在导电槽的槽底预留有供导电结 构通过的空间。

  10.可选地，槽孔结构包括：导电槽，导电槽沿着第二支架的轴线方向设置在内螺纹上， 并穿透第二支架的外壁，以供导电结构装配。

  11.可选地，还包括：垫片，垫片垫设于第一外接触面和第一支架之间；以及/或者，垫片 垫设于第二外接触面和第二支架之间。

  14.可选地，电解组件还包括：阴极外壳，设置在阴极片和第一支架之间，第一外接触

  面 为阴极外壳的背离阴极片一侧的表面；阴极外壳上开设有第一过氢孔，第一支架上开设有 第二过氢孔，第一过氢孔和第二过氢孔彼此连通，以供阴极片上生成的氢气通过；阴极外 壳与阴极片的位置相对固定。

  15.可选地，阴极外壳的朝向阴极片的一面的边缘向着阴极片的方向凸出，形成阴极抵持 环，阴极外壳上设置有由阴极抵持环环绕而成的阴极反应腔，第一过氢孔接入阴极反应腔。

  16.可选地，第二支架的内壁上设置有与阴极抵持环对应相抵的阳极抵持环，并在阳极抵 持环所环绕的部位形成阳极反应腔；第二支架上开设有第一进水孔和第一回水孔，第一进 水孔和第一回水孔均接入阳极反应腔内。

  18.可选地，电解组件还包括：阳极外壳，设置在阳极片和第一支架之间，第一外接触面 为阳极外壳的背离阳极片一侧的表面；阳极外壳的朝向阳极片的一面的边缘向着阳极片的 方向凸出，形成阳极抵持环，阳极外壳上设置有由阳极抵持环环绕而成的阳极反应腔，阳 极外壳上开设有接入阳极反应腔的第二进水孔和第二回水孔；第二支架上与阴极片之间的 空间预留有阴极反应腔，第二支架上开设有与阴极反应腔连通的第三过氢孔；阳极外壳与 阳极片的位置相对固定。

  19.可选地，第二支架的内壁上设置有与阳极抵持环对应相抵的阴极抵持环，阴极反应腔 由阴极抵持环环绕而成。

  20.可选地，阴极反应腔和阳极反应腔内均设置有若干个向着交换膜的所在方向凸起的定 位块，定位块数量相同且一一对应设置，以分别从阴极片和阳极片的方向彼此抵持。

  21.可选地，第一支架和阳极片之间预留有阳极反应腔，第一支架上设置有氧气通道，氧 气通道连通至阳极反应腔；第二支架的内壁上设置有阴极抵持环，阴极抵持环抵持在阴极 片上，阴极抵持环上具有供氢气通过的第四过氢孔。

  22.可选地，第二支架的远离第一支架的一侧还设置有安装螺纹，安装螺纹用于安装盛水 的容器。

  23.为了更清楚地说明本技术的实施方式，下面将对相关的附图做出粗略地介绍。能够理解， 下面描述中的附图仅用于示意本技术的一些实施方式，本领域普通技术人员还能够准确的通过这 些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。

  27.图4为本技术提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在一个角度的立体 爆炸示意图；

  29.图6为本技术提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在另一个角度的立 体爆炸示意图；

  30.图7为本技术提供的一种阴极片朝向第一支架的水电解制氢装置在采用导电孔自

  33.图10为本技术提供的一种电解组件为方形的水电解制氢装置的立体爆炸示意图；

  34.图11为本技术提供的一种阴极片朝向第二支架的水电解制氢装置在一个角度的立体 爆炸示意图；

  35.图12为本技术提供的一种阴极片朝向第二支架的水电解制氢装置在另一个角度的立 体爆炸示意图；

  38.图15为本技术提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置在一个角度的立体爆炸示 意图；

  39.图16为本技术提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置在另一个角度的立体爆炸 示意图；

  40.图17本技术提供的一种设置有安装螺纹的水电制氢装置的剖面示意图；

  42.1、电解组件；11、阴极片；12、阳极片；13、交换膜；14、保护套；15、阴极外 壳；152、固定翼；153、阴极抵持环；154、阴极反应腔；16、阳极外壳；161、阳极抵 持环；162、阳极反应腔；17、导电结构；171、阴极导接片；172、阳极导接片；2、装 配组件、21、第一支架；211、外螺纹；22、第二支架；221、内螺纹；222、导电槽； 223、导电孔；224、支架底座；225、管道槽；226、安装螺纹；31、透氢孔；32、排氧 管道；4、螺纹孔；51、第一进水孔；52、第一回水孔；53、第一过氢孔；54、第二过氢 孔；55、第二进水孔；56、第二回水孔；57、第三过氢孔；58、氧气通道；59、第四过 氢孔；61、定位块；62、垫片；7、堵头；8、电路板；9、盖体。

  43.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行详细说明。

  44.图1至图3中示意了一种现存技术中典型的水电解制氢装置，其被大量地应用在了富 氢水杯之中。此类水电解制氢装置包括：

  45.电解组件1，包括阴极片11、阳极片12和夹在这两个电极之间的交换膜13。其中， 电解组件1还可以包括套设在阴极片11和阳极片12上的保护套14。保护套14能够为阴 极片11和阳极片12以及交换膜13提供保护，使其受力均匀。

  46.装配组件2，包括第一支架21和第二支架22，该电解组件1被第一支架21和第二支 架22卡接在中间，并紧密贴合。

  47.现存技术的这一水电解制氢装置，在第一支架21和第二支架22上设置有八个螺纹孔 4。第一支架21和第二支架22之间通过螺钉穿过螺纹孔4拧紧以形成彼此压接的连接关 系。阴极片11所产生的氢气通过第一支架21上预留的透氢孔31释放开来，而阳极片12 所产生的氧气则通过第二支架22上连接的排氧管道32排出。

  48.本技术发明人发现，阴极片11和阳极片12之间严格平行且紧密贴合时，电解效率

  能 够得到非常明显提高，而且交换膜13的寿命也能得到延长。而一旦二者之间的平行度不够时， 由于阳极片12和阴极片11之间将产生电弧，所产生的电弧会击穿交换膜13并放出大量 的热量，影响交换膜13的常规使用的寿命。由于在水电解制氢装置中，往往采用恒流的方式控制 氢气的产出，电弧的反复击穿会导致随着使用时间的推移，系统所需的电压慢慢的变大，而 电压的增大又会反过来进一步使得电弧的击穿问题更加严重。

  49.而现存技术的这一制氢装置，其第一支架21和第二支架22之间通过多颗螺钉固定连 接。这不但装配较为复杂，而且装配过程中即便借助扭力扳手也很难均衡地控制不同螺丝 之间拧紧的程度。拧紧程度的不同将导致一部分位置的电解组件1的阴极片11和阳极片 12结合得过于紧密，而另一部分位置的阴极片11和阳极片12的结合又过于宽松，从而显 著地影响阳极片12和阴极片11之间的平行度，并影响制氢装置的使用寿命。

  50.有鉴于此，本技术提供了一种制氢装置，以便于简化装配，提高产氢效率，延长制氢 装置的使用寿命。

  52.本技术的第一实施方式提出了一种制氢装置，参见图4所示，制氢装置包括：

  53.电解组件1，参见图5所示，电解组件1同样包括：阴极片11、交换膜13和阳极片 12，阴极片11、交换膜13和阳极片12依次堆叠设置，电解组件1具有彼此相背的第一外 接触面和第二外接触面。上述电解组件1的结构可以与现存技术的电解组件1的结构一致。 通过在阴极和阳极通电，能够使水被电解，并在阴极片11上产生氢气，阳极片12上产生 氧气。同时，交换膜13能起到隔绝阴极和阳极所生成的此二种气体，并阻止电子的传递 的作用。

  54.参见图4、图6所示，制氢装置还包括装配组件2，其具体包括第一支架21和套设在 第一支架21上的第二支架22，第一支架21上设置有外螺纹211，第二支架22上设置有 内螺纹221，外螺纹211与内螺纹221螺接，以将电解组件1夹持于第一支架21和第二支 架22之间，并使第一支架21抵持在第一外接触面上，第二支架22抵持在第二外接触面 上。

  55.对于本技术的实施方式而言，由于第一支架21和第二支架22之间是通过外螺纹211 与内螺纹221螺接而构成的连接，因此第一支架21和第二支架22分别具有圆柱状的外壁 和圆筒状的内壁。通过将设置在第一支架21的外壁上的外螺纹211旋入设置在第二支架 22的内壁上的内螺纹221，使得第一支架21和第二支架22之间实现了相对固定。

  56.电解组件1具有彼此相背的第一外接触面和第二外接触面。其中，第一外接触面可以 被设置在阴极片11的所在侧，也可以被设置在阳极片12的所在侧。在图4中示意出了第 一外接触面位于阴极片11的所在侧的情形。也就是说，在本实施方式中，以阴极片11朝 向第一支架21为例进行说明。

  57.当阴极片11朝向第一支架21时，通过将第一支架21旋入第二支架22，使得第一支 架21对阴极片11形成抵持，而第二支架22则对阳极片12形成抵持。相比于现存技术采 用多颗螺钉做固定的技术方案而言，本技术的技术方案借助于第一支架21旋入第二支 架22的整体螺接结构，能够仅进行一次螺接旋转，就可以实现针对电解组件1的固定。也就 是说，相比于现存技术而言，本技术所提供的制氢装置的装配难度大幅度地下降了。

  58.由于在本技术的实施方式中，不需要采用现存技术通常意义上的金属螺钉，因此无需 考虑金属材料在电解液及其旁边的环境中的腐蚀所带来的寿命问题。更重要的是，由于仅 通过整体螺接结构可以进行的连接，因此第一支架21和第二支架22之间的夹持的平行度

  将由 与第一外接触面和第二外接触面相接触的面的平行度来确定，而不用考虑支架受固定结构 影响导致的形变问题，能够使阳极片12和阴极片11以合适的压力，在严格平行的前提下 贴合在交换膜13上。由于阳极片12和阴极片11之间拥有非常良好的平行度，因此能预防 电弧的产生，如此一来，交换膜13的寿命将能得到非常明显的延长，并防止无谓的能量转化成 热量白白流失。

  59.另外，本技术的发明人还发现，阳极片12和阴极片11之间受到的压力在某一范围时， 其产氢效率最高。而本技术实施方式借助于一个整体的螺接结构，能够方便地在整体上调 节阳极片12和阴极片11之间的压力，这也可提升水电解制氢装置的产氢效率。

  60.当通过一个总的螺接结构来固定电解组件1时，需要将电解组件1的导电部位与外部 导接，此时，电解组件1包括各自连接在阴极片11和阳极片12上的导电结构17，而装配 组件2上预留有槽孔结构，以便导电结构17通过。导电结构17可以一体成型或是连接在 对应的电极片上。

  61.一种可选的技术方案在于，参见图7所示，槽孔结构包括：导电孔223，导电孔223自 第二支架22的内壁穿透至外壁，导电结构17穿过导电孔223与外部供电线可以为导线，直孔可以方便导线穿过。而无论是直孔还是弯 孔，导电结构17也都可以为预埋在导电孔223中的导接柱，以此来实现阴极片11或阳极片 12和外部的导通。

  62.在该种结构中，将导电孔223设置在的第二支架22的内壁之中，因此对第二支架22 的制作流程与工艺提出了一定的挑战，其成本相比来说较高，且对阴极片11和导接柱的导接时的位置 匹配要求也较高。

  63.据此，可选地，在本技术实施方式的另一种技术方案中，参见图4和图6所示，槽孔 结构包括：

  64.导电槽222，导电槽222沿着第二支架22的轴线.通过在内螺纹221上设置的导电槽222，在无需穿过第二支架22的内部的前提下可以 实现电解组件1的导接。相比于穿过第二支架22的内部的技术方案而言，设置导电槽222 的成本较低。而且导电槽222可以对电解组件1在第二支架22的周向方向的位置做固 定，防止其发生不必要的旋转。

  66.值得一提的是，导电槽222的深度虽能小于或等于内螺纹221的深度，但为了保 证第二支架22的结构强度和抗压能力，可以将导电槽222的深度设置为略大于内螺纹221 的深度，从而使第一支架21的外螺纹211能够重复地和内螺纹221拧合，进而使螺纹的 固定能力得到更充分的利用。

  67.另外，可选地，在本技术的实施方式中外螺纹211与内螺纹221的螺接圈数为3至5 圈。水电解制氢装置可以被应用在诸多领域，例如可以用于制备富氢水。当用于制备富氢 水时，需要借助所制备的氢气施加一定的压力，以便提高氢气的溶解度。在这一基础上， 令外螺纹211与内螺纹221的螺接圈数大于三圈，可以提高水电解制氢装置的工作稳定性 和安全性。而与此同时，螺接圈数过大又容易造成设备的体积过大或是厚度过厚，这容易 导致水电解制氢装置的重心不稳，进而导致倾倒。因此，将螺接圈数为3至5圈是为较佳 方案。

  68.在本技术实施方式中，可以将具有平整边缘的第一支架21直接抵持在电解组件1

  和第一回水孔52均接入阳极反应腔162内。第二支架22可以设置有支架底座224，且第 一进水孔51相对第一回水孔52更靠近支架底座224的所在位置，从而便于所产生的氧气 从回水孔处被带出阳极反应腔162。为了增加水与阳极片12的接触面积，回水孔可以被设 置为接入阳极反应腔162的最远离支架底座224的部位。另外，第二支架22上还可以设 置有相应的管道，并将第一进水孔51和第一回水孔52设置在管道之内，以便于连接。

  79.基于本实施方式的技术方案，本技术还提供了一种制氢装置的具体装配和使用流程如 下：

  80.1、参见图4、和图6所示，将电解组件1置于第二支架22的导电槽222内，使其阳 极片12朝向第二支架22；

  81.2、将阴极外壳15置入导电槽222内，使阴极外壳15压在电解组件1上；

  82.3、通过内螺纹221和外螺纹211的配合，将第一支架21旋入第一支架21，即完成了 制氢装置的装配；

  83.4、以支架底座224朝下的方向摆放好制氢装置，连接管道至第二过氢孔54、第一进 水孔51和第一回水孔52；

  84.5、向阳极反应腔162内通入水；然后通电；水被电解之后，产生的氢气经第一过氢孔 53从第二过氢孔54逸出，产生的氧气随着水从第一回水孔52排出。

  85.相比于现有技术而言，本实施方式的制氢装置不但可以用于富氢水的制备，也可以用 于相对干燥条件下的小型产氢装置来使用，并具有产氢效率高、稳定性好、成本低廉、使 用寿命长等优势。

  86.另外，值得一提的是，在本技术实施方式中，采用了筒状的第二支架22并不代表电解 组件1也一定要大体呈圆形的形状。一种典型的示意如图10所示，在其中，电解组件1采 用了方形的大体形状，与之对应的阴极外壳15也采用了方形的形状。其结构和原理与本实 施方式前述的技术方案基本相同。此外，电解组件1也还可以是三角形、正六边形等其他 诸多种类的形状，这并不会对本技术技术方案的实现产生很大的影响。

  88.本技术的第二实施方式同样提出了一种水电解制氢装置。第二实施方式与第一实施方 式的水电解制氢装置大体相同，其主要不同之处在于，在本技术的第一实施方式中，阴极 片11的所在侧具有第一外接触面；而在本技术的第二实施方式中，阳极片12的所在侧才 具有第一外接触面。

  89.当与第一外接触面设置在阳极片12的所在侧时，第一支架21正对阳极片12。也就是 说，在本实施方式中，阴极片11和阳极片12的位置与第一实施方式相比是正好相反的。 阴极片11和阳极片12的位置的调换随之带来就是孔和管道的位置的交换。

  90.首先，在本实施方式中，第一支架21上将不再设置第二过氢孔54，第二支架22上也 不再设置第一进水孔51和第一回水孔52。取而代之的，可以将对应的过氢孔设置在第二 支架22，将进水孔和回水孔设置在第一支架21上。

  91.进一步来说，可选地，参见图11和图12所示，电解组件1还可以包括：

  92.阳极外壳16，设置在阳极片12和第一支架21之间，第一外接触面为阳极外壳16的 背离阳极片12一侧的表面。具体地，阳极外壳16上开设有接入阳极侧的反应腔的第二进 水孔55和第二回水孔56。将第二进水孔55和第二回水孔56设置在阳极外壳16上，相比 于设置

  是导电槽222在第一支架21的外壁的径向上的深度大于外螺纹211的深度。但是，导电 槽222设置在内螺纹221上时，若同样将导电结构17连接在电极片的外侧，则电解组件1 的表面积相对于设置在外螺纹211上时较小，电解效率将略有下降。而如果为了能够更好的保证电解 效率，将导电结构17连接在电极片的中部，则会增加制作工艺的复杂度。因此导电槽222 设置在内螺纹221上是相对较劣的方案，但并不影响本技术技术目的的实现。

  105.另外，可选地，本技术的实施方式的水电解制氢装置还可以包括：垫片62。在图15和 图16中，垫片62垫设于第一外接触面和第一支架21之间，当然，在第二外接触面和第二 支架22之间也可以垫设垫片62。

  106.进一步可选地，参见图17所示，第一支架21和阳极片12之间预留有阳极反应腔162， 第一支架21上设置有氧气通道58，氧气通道58连通至阳极反应腔162。在本实施方式中， 阳极反应腔162可以由垫片62所垫出的空间构成。借助于垫片62形成的反应腔，相比于 前述实施方式而言其制作更加简单，成本更低廉。

  107.此外，可选地，参见图18所示，在第二支架22的内壁上设置有阴极抵持环153，阴 极抵持环153抵持在阴极片11上，阴极抵持环153上具有供氢气通过的第四过氢孔59。 对于本实施方式的水电解制氢装置而言，可以将装有水的容器直接连接在第四过氢孔59的 位置，从而非常方便地制备富氢水。据此，可选地，参见图16、图18所示，第二支架22 的远离第一支架21的一侧还设置有安装螺纹226，安装螺纹226用于安装盛水的容器，例 如矿泉水瓶。在未安装容器时，还可以在安装螺纹226上螺接堵头7，用于封闭第四过氢 孔59。

  108.除此之外，为了使本技术实施方式的水电解制氢装置具备更小的体积，参见图16至 18所示，还可以将水电解制氢装置的电路板8装配在第二支架22内，并利用盖体9盖住。 盖体9可以通过卡扣连接在第二支架22上，以实现水电解制氢装置的整机无螺丝装配。 此外，第二支架22内还可设为电池用于供电，也可以在电路板8上设置额外的充电接 口。

  109.基于本实施方式的技术方案，本技术还提供了一种制氢装置的具体装配和使用流程如 下：

  110.1、参见图15、和图16所示，将电解组件1置于第二支架22的导电槽222内，使其 阳极片12朝向第二支架22；

  111.2、通过内螺纹221和外螺纹211的配合，将第一支架21旋入导电槽222内，将电路 板8装配在第一支架21上，并与电解组件1的导电结构17导接；

  113.4、将矿泉水瓶通过安装螺纹226安装在制氢装置上，倒置，使阴极片11上充盈矿泉 水；

  114.5、向电路板8供电，则电解组件1开始电解矿泉水，产生的氢气经第四过氢孔59进 入矿泉水瓶内，形成富氢水。

  115.本实施方式所提供的水电解制氢装置能够直接利用现存技术中的矿泉水瓶制备富氢 水，具有极好的便利性。

  116.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不 背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无 论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由 所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围 内

  的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权 利要求。

  设计和制备新能源电极材料研究材料在氢气、氧气、二氧化碳等能源小分子电催化转化中的应用，通过先进表征手段和理论模拟计算理解催化位点和反应机理，力图发展几种具有应用前景的电催化剂材料。

  多酸团簇、金属有机框架材料的合成性能研究与计算模拟，最重要的包含： 1.多酸团簇-无机晶核共组装进行光催化分解水制氢与二氧化碳还原； 2.低维多孔材料的结构与催化性能的研究。

  低维纳米材料（纳米颗粒、纳米线/管/框/片、二维材料）的电子显微分析以及基于电子显微分析结果的先进能源材料设计、制备和器件应用。

  新能源材料设计、合成及应用研究。最重要的包含：1二氧化碳电催化还原、电催化分解水制氢等；2原子界面电极材料的制备及能量转换技术探讨研究。