[发明专利]一种储热式一体化泡沫金属电极

说明书

本发明公开一种储热式一体化泡沫金属电极，包括外壳、分隔层、第一泡沫金属层、第二泡沫金属层，第一泡沫金属层内填充有所述的相变材料，第二泡沫金属层内填充有催化剂；有效解决了燃料电池中的局部过热问题，将过热区域产生的热量通过相变材料储存；克服了相变材料导热系数小、充热时间长的问题，通过泡沫金属强化了传热过程；有效利用废热，储存在相变材料中的热量可为电池再启动的过程提供热量以降低响应时间。

技术领域

本发明涉及电化学反应装置领域，尤其涉及一种储热式一体化泡沫金属电极。

背景技术

电化学反应装置是一类将化学能转换为电能的装置，因其转换效率高、环境友好的特点受到广泛关注。电化学反应装置包括电化学供能装置和电化学储能装置，电化学供能装置的典型代表是燃料电池，电化学储能装置是液流电池。燃料电池是按电化学原理设计，把储存在燃料和氧化剂中的化学能不经过热机过程直接转化为电能的装置，其不受卡诺循环的限制；液流电池是一种可充放电的用于规模化储能调峰的电化学装置，含有电活性元素的电解质溶液流经阴阳极时将化学能与电能进行可逆转换，所述电解质溶液储存在电池外部。这两种电化学反应装置的使用可以大大降低污染，避免传统化石能源利用方式所带来的诸多环境问题。

燃料电池与液流电池的基本原理类似，都采用的是电化学原理，电池内部经历的本质上都是氧化还原反应。此外，燃料电池和液流电池的结构也类似，都包括膜、催化层、扩散层、流场等结构。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，上述的这些结构间存在固-固相界面形成的界面电阻，会带来电化学反应装置性能的下降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。

受反应物浓度分布不均、催化剂浓度分布不均的影响，双极板上普遍存在温度分布不均的情况。电化学反应放出的能量，一部分转换为电能向外输出做功，一部分以热能的形式向空气中耗散。现有技术中，受双极板材料热容量低等固有属性的限制，无法有效利用这部分热量，因此导致能量利用效率降低。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种储热式一体化泡沫金属电极。

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储热式一体化泡沫金属电极，解决电化学反应装置局部过热的问题，有效利用废热，降低电池再启动响应时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种储热式一体化泡沫金属电极，包括外壳、第一泡沫金属层和第二泡沫金属层；所述的外壳为底部封闭顶部开放结构，外壳中水平设置分隔层将外壳内部空间分为上下两部分，所述第一泡沫金属层位于壳体内分隔层下方，所述的第二泡沫金属层位于壳体内分隔层上方，所述的第一泡沫金属层的空腔内填充充有相变材料，所述的第二泡沫金属层的空腔内填充有催化剂。

进一步，所述外壳采用具有高导热系数的铜、铝或合金材料。

进一步，所述第一泡沫金属层、第二泡沫金属层采用具有高导热系数的铜、铝或合金材料。

进一步，所述第一泡沫金属层、第二泡沫金属层的孔隙率均为0.50～0.95，气孔孔径为0.5～1mm。

进一步，所述第一泡沫金属层空腔内填充的相变材料熔点在50～80℃。

进一步，所述相变材料为石蜡。

进一步，所述催化剂为贵金属催化剂。

进一步，所述催化剂是质量分数为20％～30％的碳载铂。

进一步，所述第一泡沫金属层内填充的催化剂负载量为1～2mg/m²。