[發明專利]一種葉脈仿生壓滲型三合一雙極板及其工作方法

有效

• 申請號: 201911112010.3
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN111063912B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李印實;鄧世培
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/0263;H01M8/1004;H01M8/04007
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明公開一種葉脈仿生壓滲型三合一雙極板及其工作方法，葉脈仿生壓滲型三合一雙極板包括陰極板、陽極板，采用仿生葉脈狀配液、集液道將雙極板主體區域分割為大小、形狀均一的電化學催化反應區域，減小反應物流程的同時使雙極板上的濃度分布更加均一，解決了因反應物濃度不均導致雙極板溫度分布不均并造成輸出性能惡化的正反饋機制；本發明將流場、擴散層、催化層的功能合而為一的新型“三合一”結構，提供了一種緊湊高效的電極結構；泡沫金屬填充相變材料的復合結構吸收電化學反應的放熱，本發明可有效提升反應物能量利用效率，不僅向外輸出電能，相變材料儲存廢熱作為電堆待機過程的保溫熱源，節能的同時又提升了電堆再啟動的快速響應特性。

技術領域

本發明涉及電化學反應裝置領域，尤其涉及葉脈仿生壓滲型三合一雙極板及其工作方法。

背景技術

能源的清潔高效利用是應對傳統粗放式化石能源使用帶來的霧霾、污染等環境問題的必要舉措。電化學供能與電化學儲能裝置，作為一種將化學能直接轉化為電能的裝置，受到廣泛的研究與關注。燃料電池是電化學供能裝置的典型代表，液流電池是電化學儲能裝置的典型代表。燃料電池理論能量轉換效率高達100%，不受卡諾循環限制，將燃料的化學能直接轉換為電能。由于不經過燃燒過程，因此不會產生有害氣體、不會造成固體顆粒物污染，具有可靠前景。液流電池是一種大型蓄電儲能裝置，其充放電過程通過正負極帶電離子價態的變化實現，將化學能與電能直接轉換，過程安靜無污染。

這兩種電化學供能與電化學儲能裝置里本質上發生的是氧化還原反應，它們的主要組件中均包括雙極板這一核心結構。雙極板起到集流、支撐、分配流體的作用，雙極板的設計直接影響到這兩種電化學反應裝置中的濃度分布，進而影響到整體效率、溫度場分布。雙極板上分布有3個流場：陽極流場、陰極流場及冷卻液流場。三者的合理布局設計及協同工作，是所述電化學反應裝置高效、可靠、穩定運行的保證。雙極板上的陰陽極流場將流體在反應活性面積上均勻分配，流體進入擴散層進一步運動至電極附近，在催化劑的催化下發生電化學反應。

傳統的所述電化學反應裝置中，雙極板和擴散層、催化層等結構是分置的，由此帶來無可避免的層間傳質阻力，并增加了整體裝置的體積。裝置的小型化、集約化、緊湊化設計，可以將所述電化學反應裝置的使用場景拓展到空間受限的區域。此外，提高反應物在活性面積上的均勻分配程度，可以提高所述電化學反應裝置的熱物理性質，降低熱管理困難。

生物體經過千百年的進化，形成了優化的形式和結構。葉脈分布在葉肉組織中，是葉片的重要結構，起支撐及傳導作用。葉脈在葉片中規律分布，逐級伸展分叉，將葉片分割為一塊塊子區域。通過這種結構，將水分、無機鹽等養分以最大效率輸送到葉肉細胞中。通過模仿這種思想，將葉脈及葉脈輸送結構借鑒到雙極板中，可以為新型雙極板的設計提供思路。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明目的在于提供一種葉脈仿生壓滲型三合一雙極板及其工作方法，解決電化學反應裝置局部過熱的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種葉脈仿生壓滲型三合一雙極板，包括陰極板和陽極板，陰極板單面刻蝕有流道，陽極板雙面刻蝕有流道，所述的陰極板和所述的陽極板通過粘結劑緊密粘結形成所述雙極板整體；所述的陰極板和陽極板上靠近一邊順序設置有貫穿陰極板和陽極板的氧化劑配液腔、冷卻液配液腔、燃料配液腔，陰極板和陽極板上靠近另一邊順序設置有貫穿陰極板和陽極板的燃料集液腔、冷卻液集液腔、氧化劑集液腔；

所述的陰極板正面主體區域分布有氧化劑配液主道、氧化劑配液子道、氧化劑集液主道、氧化劑集液子道，其中所述的氧化劑配液主道與所述的氧化劑配液子道相連、所述的氧化劑集液主道與所述的氧化劑集液子道相連；所述氧化劑配液主道與氧化劑配液腔相連通，氧化劑集液主道與氧化劑集液腔相連通；所述的氧化劑配液主道、氧化劑配液子道組合為葉脈仿生形，所述的氧化劑集液主道、氧化劑集液子道組合為葉脈仿生形；