[发明专利]一种基于三维仿生结构的可再生燃料电池氧电极流场板及电池结构

说明书

本发明提供一种基于三维仿生结构的可再生燃料电池氧电极流场板及电池结构，所述电池结构包括氧电极流场板、氢电极流场板、膜电极、氧电极扩散层和氢电极扩散层。氧电极流场板包括上部过渡区、下部过渡区和反应区；氧电极流场板的上部过渡区和下部过渡区区域为三角形过渡区域；氧电极流场板中间部分为反应区，反应区的上部区域为点状流场，下部区域为带三维仿生结构的平行流场。本发明通过增加三维仿生结构来提高反应物的传质，从而改善电池性能。在水电解模式时能提高液态水分布均匀性和增强液态水的扩散，在燃料电池模式时能增强氧气的扩散和保证排水的顺畅；同时还能在模式转换时利用重力排除残余液态水，实现快速、低能耗的模式转换。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种基于三维仿生结构的可再生燃料电池氧电极流场板及电池结构。

背景技术

氢能是21世纪最具潜力的清洁能源之一，燃料电池作为可以直接利用氢气发电的装置，受到了广泛的关注与研究。可再生燃料电池是燃料电池的重要分支，可再生燃料电池是在同一组件上既可以实现燃料电池功能又可以实现水电解功能的储能系统，燃料电池模式时，它利用氢气和氧气发电；水电解模式时，它能将水电解成氢气和氧气。可再生燃料电池具有能量密度高、使用寿命长、使用中无自放电以及放电深度和电池容量不受限制等优点,是极有希望在空间、军事及可移动电源领域替代传统二次电池的储能系统。

可再生燃料电池也存在着很多技术难题，例如由水电解模式转换为燃料电池模式时氧电极流场板液态水的排除问题。为此有必要设计一种氧电极流场板既能保证燃料电池模式和水电解模式时的高性能，又能实现快速、低能耗的模式转换。

发明内容

本发明提供一种基于三维仿生结构的可再生燃料电池氧电极流场板及电池结构，水电解模式时能提高液态水分布均匀性和增强液态水的扩散，从而提高有效反应面积；燃料电池模式时能增强氧气的扩散和保证排水的顺畅，从而提高电池性能；还能在模式转换时利用重力快速排除残余液态水，实现高效率的模式转化。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种基于三维仿生结构的可再生燃料电池氧电极流场板，燃料电池模式时，上进气口设置在所述氧电极流场板的右上方；水电解模式时，下进水口设置在所述氧电极流场板的左下方；

所述氧电极流场板包括上部过渡区、下部过渡区和反应区，呈平行四边形结构；所述氧电极流场板的上部过渡区和下部过渡区区域为三角形过渡区域；所述氧电极流场板中间部分为反应区，反应区的上部区域为点状流场，下部区域为带三维仿生结构的平行流场。

进一步，所述氧电极流场板上部过渡区为点状流场，下部过渡区为平行流场，所述反应区上部区域的点状流场与所述上部过渡区点状流场相同，所述带三维仿生结构的平行流场包括平行设置的若干条肋，所述相邻肋之间形成平行流道，在所述平行流道两侧交错分布若干乌贼鳍形状的三维仿生结构形成供液态水排除的平面波浪形通道。

进一步，所述三维仿生结构由xy平面内的正弦波在区间[0，h]内的部分与x轴以及直线x＝h围成的面绕x＝h在空间内旋转180°而成，再将形成的所述三维仿生结构绕Z轴顺时针或逆时针旋转90°后设置在平行流道内；所述三维仿生结构的宽度B为流道宽度的40％～60％，高度h为流道高度的40％～80％，长度为高度h的2倍。

进一步，所述上部过渡区和下部过渡区为三角形过渡区，所述三角形过渡区的斜边与水平线之间的倾角设置为5°～15°；所述氧电极流场板反应区较过渡区下沉0.1～0.2mm，反应区的上1/4～1/2区域流场为点状流场，下1/2～3/4区域为带三维仿生结构的平行流场。

进一步，所述氧电极流场板的点状流场中设置了点状凸台，所述点状凸台交错分布；所述点状凸台两端为圆弧形。

进一步，所述氧电极流场板的进出口设置在流场板的左右两侧，反应物水平进入流场板，经过入口处过渡区分配后垂直进入流道，最后经出口处过渡区收集后水平流出流场板。