[发明专利]一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法

说明书

本发明公开一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法，叶脉仿生压渗型三合一双极板包括阴极板、阳极板，采用仿生叶脉状配液、集液道将双极板主体区域分割为大小、形状均一的电化学催化反应区域，减小反应物流程的同时使双极板上的浓度分布更加均一，解决了因反应物浓度不均导致双极板温度分布不均并造成输出性能恶化的正反馈机制；本发明将流场、扩散层、催化层的功能合而为一的新型“三合一”结构，提供了一种紧凑高效的电极结构；泡沫金属填充相变材料的复合结构吸收电化学反应的放热，本发明可有效提升反应物能量利用效率，不仅向外输出电能，相变材料储存废热作为电堆待机过程的保温热源，节能的同时又提升了电堆再启动的快速响应特性。

技术领域

本发明涉及电化学反应装置领域，尤其涉及叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法。

背景技术

能源的清洁高效利用是应对传统粗放式化石能源使用带来的雾霾、污染等环境问题的必要举措。电化学供能与电化学储能装置，作为一种将化学能直接转化为电能的装置，受到广泛的研究与关注。燃料电池是电化学供能装置的典型代表，液流电池是电化学储能装置的典型代表。燃料电池理论能量转换效率高达100%，不受卡诺循环限制，将燃料的化学能直接转换为电能。由于不经过燃烧过程，因此不会产生有害气体、不会造成固体颗粒物污染，具有可靠前景。液流电池是一种大型蓄电储能装置，其充放电过程通过正负极带电离子价态的变化实现，将化学能与电能直接转换，过程安静无污染。

这两种电化学供能与电化学储能装置里本质上发生的是氧化还原反应，它们的主要组件中均包括双极板这一核心结构。双极板起到集流、支撑、分配流体的作用，双极板的设计直接影响到这两种电化学反应装置中的浓度分布，进而影响到整体效率、温度场分布。双极板上分布有3个流场：阳极流场、阴极流场及冷却液流场。三者的合理布局设计及协同工作，是所述电化学反应装置高效、可靠、稳定运行的保证。双极板上的阴阳极流场将流体在反应活性面积上均匀分配，流体进入扩散层进一步运动至电极附近，在催化剂的催化下发生电化学反应。

传统的所述电化学反应装置中，双极板和扩散层、催化层等结构是分置的，由此带来无可避免的层间传质阻力，并增加了整体装置的体积。装置的小型化、集约化、紧凑化设计，可以将所述电化学反应装置的使用场景拓展到空间受限的区域。此外，提高反应物在活性面积上的均匀分配程度，可以提高所述电化学反应装置的热物理性质，降低热管理困难。

生物体经过千百年的进化，形成了优化的形式和结构。叶脉分布在叶肉组织中，是叶片的重要结构，起支撑及传导作用。叶脉在叶片中规律分布，逐级伸展分叉，将叶片分割为一块块子区域。通过这种结构，将水分、无机盐等养分以最大效率输送到叶肉细胞中。通过模仿这种思想，将叶脉及叶脉输送结构借鉴到双极板中，可以为新型双极板的设计提供思路。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法，解决电化学反应装置局部过热的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板单面刻蚀有流道，阳极板双面刻蚀有流道，所述的阴极板和所述的阳极板通过粘结剂紧密粘结形成所述双极板整体；所述的阴极板和阳极板上靠近一边顺序设置有贯穿阴极板和阳极板的氧化剂配液腔、冷却液配液腔、燃料配液腔，阴极板和阳极板上靠近另一边顺序设置有贯穿阴极板和阳极板的燃料集液腔、冷却液集液腔、氧化剂集液腔；

所述的阴极板正面主体区域分布有氧化剂配液主道、氧化剂配液子道、氧化剂集液主道、氧化剂集液子道，其中所述的氧化剂配液主道与所述的氧化剂配液子道相连、所述的氧化剂集液主道与所述的氧化剂集液子道相连；所述氧化剂配液主道与氧化剂配液腔相连通，氧化剂集液主道与氧化剂集液腔相连通；所述的氧化剂配液主道、氧化剂配液子道组合为叶脉仿生形，所述的氧化剂集液主道、氧化剂集液子道组合为叶脉仿生形；