[发明专利]包含分支结构的分布装置

说明书

本发明提供了一种分布装置，所述分布装置包括主体部件，所述主体部件具有其横截面的主直径R0和沿纵向的主长度，并且主长度与主直径之比为2至1,000,000；从主体部件向两侧延伸的N1个一级分支部件，其具有其横截面的一级直径r1和沿纵向的一级长度，并且一级长度与一级直径之比为2至1,000,000，其中，各个一级分支部件之间具有第一间距d1，并且每个一级分支部件与主体部件之间具有第一夹角α1；本发明还提供了包括该分布装置的微反应器或电池。

技术领域

本发明涉及一种分布装置，具体涉及一种包含分支结构、例如多级分支部件的分布装置；以及包括该分布装置的微反应器或电池。

背景技术

传统的电池通常具有两个电极，也即被电解质隔开的阳极和阴极，这些电极通常由良好的电子导体材料制成，并且将电能储存为电池组电池中的化学能以及电容器电池中的表面静电能。燃料电池是一种常用的电池，其中包括催化电极，这些催化电极将燃料的化学能转化为燃料电池中的电能。电池还含有电解质，该电解质通常以串联方式位于阳极和阴极之间。

在电池的充电或放电期间，两个电极之间的反应涉及电化学电池内正电荷在两个电极之间输送。在充电和放电期间，负电荷作为电子电流在外部电路中传输。

在传统电池组电池中，两个电极都是电解质的可迁移阳离子(通常称为工作离子)的供应来源和储存部件。在充电期间、一个电极用作工作离子的来源，而另一电极用作储存部件；在放电期间，这些功能在放电过程中则颠倒过来。在传统电化学电容器电池中，静电能作为电能储存在两个电极/电解质界面的两个双电层电容器中。

但是，传统电池存在很多的问题，例如电池安全性较低，电池的充放电速率较低，电池的电荷容量较低，电池的效率较低等等。

为了解决上述问题，目前本领域通常的改进技术是试图通过电极材料的改进和选择、电解质的选择、采用不同形式的电极(例如，膜电极)等来进行改进。例如，通过改变阳极和阴极的电极材料和/或电解质材料来提高电池的容量、功率性能和安全性；或者，通过改变电极的形态，采用膜电极形式构建电池来提高电池的容量和安全性。

虽然传统电池的各项性能已经得到了部分提高，但是其与理论上可以实现的最优值仍然存在差距。这可能是因为传统电池由于其结构的局限性，具有电解质流速和流量不均匀、电解质浓度分布不均匀或存在死角的问题。因此，电池内电解不均匀，电极上电流分布不均匀。因此在加载电流时，会导致电极上电势分布不均匀。

因此，需要一种可以应用于各种电极和电解质材料的新型结构设计，来改进电解质分布，提高电势分布均匀性，增大电流密度，提高电池效率，增加电池电荷容量，并改进安全性。

此外，在微反应器中存在相同的问题。微化工技术是顺应可持续发展与高技术发展需要而产生的一种新技术，是二十一世纪化学工程学科发展的重要方向之一，主要研究尺度在数微米至数百微米以内的微型设备和并行分布系统中的过程特征和规律。微反应技术是微化工技术的核心，是一种全新的过程强化技术，许多反应过程在微反应器中变得更经济、更快速、更安全以及更环保。微反应器是一种单元反应界面宽度为微米量级的微型化的化学反应系统，也可称之为微反应器或微通道连续反应器。相较于传统的混合反应器，微通道连续反应器具有便于精确操作、副反应少、节能减排、可连续操作等优点，它可以提供极大的比表面积、传质传热效率极高，同时实现了流体间的快速均匀混合。