[发明专利]一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法

权利要求书

1.一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据微流体燃料电池的操作条件，确定多孔电极的厚度H，多孔电极的厚度H应当与操作条件相匹配；

步骤2：令微流体燃料电池中间流道的高度与多孔电极的厚度一致，根据中间流道的宽度W₀及流道内流体的平均流速U，确定微流体燃料电池多孔电极沿中间流道方向上的长度L，在确定微流体燃料电池多孔电极沿中间流道方向上的长度L时，在保证下游的反应物不会扩散到对面电极上而产生寄生电流，增大L使反应物充分反应，其满足公式(1)：

其中，D是反应物的扩散系数；

步骤3：采用多物理场仿真的方法确定微流体燃料电池多孔电极的宽度W，多物理场包括流场、组分场、电场和电化学反应；

步骤4：按照所确定的多孔电极几何尺寸厚度H、长度L和宽度W，裁出具有相应尺寸的多孔电极。

2.根据权利要求1所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，多孔电极材料为具有固定厚度的碳纸，多孔电极的阳极反应物为溶解了二价钒的硫酸溶液，多孔电极的阴极反应物为溶解了五价钒的硫酸溶液。

3.根据权利要求2所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，在选择碳纸类型时，碳纸的厚度与流体流速和反应物浓度成正比；即流体流速较大或反应物浓度较高，选择厚度较大的碳纸；流体流速较小或反应物浓度较小，选择厚度较小的碳纸。

4.根据权利要求1所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，步骤2中，确定微流体燃料电池多孔电极沿中间流道方向上的长度L，避免阳极反应物扩散到阴极或阴极反应物扩散到阳极而产生寄生电流。

5.根据权利要求1所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，步骤3中，采用多物理场仿真的方法确定微流体燃料电池多孔电极的宽度W，使微流体燃料电池的输出功率与多孔电极的材料成本达到适当平衡。

6.根据权利要求1所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，步骤3中，多物理场仿真所采用的模型采用有限元法进行计算。

7.根据权利要求6所述的一种微流体燃料电池多孔电极几何尺寸的设计方法，其特征在于，有限元法进行计算的仿真软件采用COMSOL Multiphysics。