[发明专利]一种物料传输逐级分散燃料电池及其工作方法

权利要求书

1.一种物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：包括设置在燃料电池本体上的产物回流区(1)、燃料供给区(2)、阳极电极(3)、交换膜(4)、阴极电极(5)和阴极流场板(6)；

燃料供给区(2)与产物回流区(1)和阳极电极(3)相连，阳极电极(3)和阴极电极(5)通过交换膜(4)隔开，阴极流场板(6)与阴极电极(5)和阴极燃料回流区(7)相连；

所述产物回流区(1)为具备阵列分布阵列状燃料排出支路(11)、燃料回收流路(12)及燃料分配流路(9)分布的流场板；燃料供给区(2)为具有燃料分配流路(9)、树状燃料供给支路(10)及除流路外空腔的腔体；

所述产物回流区(1)及燃料供给区(2)包括燃料进口(8)、燃料分配流路(9)、树状燃料供给支路(10)、阵列状燃料排出支路(11)、燃料回收流路(12)和燃料出口(13)；燃料进口(8)为燃料分配流路(9)进口与燃料电池外侧相连，树状燃料供给支路(10)进口与燃料分配流路(9)相连，树状燃料供给支路(10)出口与阳极电极(3)相连，阵列状燃料排出支路(11)进口通过燃料供给区(2)空腔部分与阳极电极(3)相连，燃料供给区(2)空腔与阳极电极(3)相连，阵列状燃料排出支路(11)出口与燃料回收流路(12)相连，燃料出口(13)为燃料回收流路(12)出口与燃料电池外侧相连，树状燃料供给支路(10)和阵列状燃料排出支路(11)为相互不连通的管路；

阴极流场板(6)为设置有阴极燃料回流区(7)的平板。

2.如权利要求1所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述燃料进口(8)位于产物回流区(1)侧壁上，燃料回收流路(12)纵向设置在产物回流区(1)中，燃料回收流路(12)分为上半段和下半段，上、下半段均设置有燃料出口(13)，两个燃料出口(13)分别位于产物回流区(1)底部和顶部。

3.如权利要求1所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述树状燃料供给支路(10)为二叉树状逐级分散流场，即树状燃料供给支路可以为由1条燃料供给流路以90°旋转阵列分为4条支路，4条支路进一步分为16条支路，通过“1-4-16”逐级分散方式分布。

4.如权利要求1所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述阵列状燃料排出支路(11)以“4×4”阵列分布于产物回流区(1)。

5.如权利要求1-4任一项所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述阴极燃料回流区(7)为蛇形流场、平行流场、非连续型流场或交指型流场。

6.如权利要求1-4任一项所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述阳极电极(3)和阴极电极(5)为涂覆有相应催化剂具有多孔结构的导电金属材料或碳材料。

7.如权利要求1-4任一项所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述交换膜(4)为阳离子交换膜、阴离子交换膜或中性交换膜。

8.如权利要求1-4任一项所述的物料传输逐级分散燃料电池，其特征在于：所述产物回流区(1)、燃料供给区(2)和阴极流场板(6)所用材料为无机非金属材料、金属复合材料或有机高分子材料。

9.一种权利要求1所述物料传输逐级分散燃料电池的工作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤S100：燃料均匀分配进入电极：

燃料电池未反应的燃料通过燃料进口(8)进入燃料电池阳极侧，在泵功的作用下通过燃料分配流路(9)均匀分配到树状燃料供给支路(10)，进入阳极电极(3)中；同时，氧化剂通过阴极流场板(6)进入阴极电极(5)中；

步骤S200：电池放电反应：

燃料在阳极电极(3)表面进行反应；

步骤S300：产物顺流流出：

燃料反应完成后，由每个树状燃料供给支路(10)出口流入的燃料经过电极流入燃料供给区(2)的空腔中，进一步通过阵列状燃料排出支路(11)入口顺流流出，汇流至燃料回收流路(12)通过燃料出口(13)排出。