本技術(shù)涉及電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、聚合物電解質(zhì)膜（pem）電解水制氫是一項(xiàng)利用聚合物電解質(zhì)膜作為固體電解質(zhì)的技術(shù)，通過施加電壓將水分解成氫氣和氧氣的過程。雙極板是pem制氫的核心部件之一。它具有兩個(gè)基本功能：一是連接相鄰的電池堆疊，二是供應(yīng)和移除反應(yīng)物（即水）和氣態(tài)產(chǎn)物（即h2和o2）。pem電解水制氫雙極板流道是用于將水或水蒸氣輸送到電解池中進(jìn)行電解反應(yīng)的關(guān)鍵組件。電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)流道的設(shè)計(jì)對(duì)于水分的均勻輸送至電解質(zhì)膜表面以及產(chǎn)氫反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性具有重要影響。目前，雙極板內(nèi)水氣兩相流動(dòng)調(diào)控技術(shù)是電解制氫極具挑戰(zhàn)性的問題。水分的不均勻分布影響了電解反應(yīng)的均勻性，一些區(qū)域可能會(huì)缺乏足夠的水分來(lái)維持高效的電解反應(yīng)，而另一些區(qū)域可能會(huì)積聚過多的水分，這種不均勻性可能導(dǎo)致電解反應(yīng)的穩(wěn)定性下降，從而影響制氫效率和產(chǎn)氫率。

2、針對(duì)上述問題，本專利提出了一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過在雙極板流道內(nèi)構(gòu)建三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極板內(nèi)水氣兩相流動(dòng)的被動(dòng)性調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)更好的制氫效果和水氣運(yùn)送能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實(shí)用新型的目的基于德州角蜥的皮膚水滴定向輸送原理，在流道表面設(shè)三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，流道內(nèi)設(shè)的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的表面粗糙度漸變，流道內(nèi)表面浸潤(rùn)性沿流道的單一方向也漸變，使得液相能夠獲得定向運(yùn)輸?shù)睦绽箟翰铗?qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)極板內(nèi)水氣兩相流動(dòng)的被動(dòng)性調(diào)控的基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)。

2、一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，包括極板、開設(shè)在極板上的流道、自下而上依次設(shè)置在流道表面上的疏水層和三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿著流道的長(zhǎng)度方向漸變，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿流道的長(zhǎng)度方向?yàn)樘荻确植肌?/p>

3、所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面沿著三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的長(zhǎng)度方向分布著漸變的孔隙或顆粒物。

4、所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的孔隙結(jié)構(gòu)沿流道的長(zhǎng)度方向?yàn)榧す饷}沖能量燒蝕粒徑漸變的孔隙。

5、所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層為粒徑結(jié)構(gòu)，所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層采用不同粒徑納米顆粒沿流道逐一梯度噴涂。

6、所述的流道為至少一個(gè)。

7、所述的流道為至少兩個(gè)時(shí)候，所述的流道平行開設(shè)在極板上，所?所述的流道為直線或者曲線。

8、所述的流道為至少兩個(gè)時(shí)候，所述的流道采用交叉布置的排列方式設(shè)置在極板上。

9、所述的疏水層由涂抹在流道表面上的納米疏水材料形成。

10、本實(shí)用新型的有益效果：

11、本實(shí)用新型基于德州角蜥的皮膚水滴定向輸送原理，在流道表面設(shè)三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，流道內(nèi)設(shè)的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的表面粗糙度漸變，流道內(nèi)表面浸潤(rùn)性沿流道的單一方向也將漸變，流道內(nèi)設(shè)的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的表面粗糙度越來(lái)越小，流道內(nèi)表面浸潤(rùn)性沿流道的單一方向?qū)⒅饾u增加；流道內(nèi)設(shè)的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的表面粗糙度越來(lái)越大，流道內(nèi)表面浸潤(rùn)性沿流道的單一方向?qū)⒅饾u減??；從而使得液相能夠獲得定向運(yùn)輸?shù)睦绽箟翰铗?qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極板內(nèi)水氣兩相流動(dòng)的被動(dòng)性調(diào)控；本實(shí)用新型能夠提高液態(tài)水分布的均勻性和增強(qiáng)液態(tài)水的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)效率更高的電解制氫；本實(shí)用新型采用基于仿生原理，設(shè)計(jì)梯度形態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行液相的被動(dòng)性調(diào)控，能耗更低，效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括極板、開設(shè)在極板上的流道、自下而上依次設(shè)置在流道表面上的疏水層和三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿著流道的長(zhǎng)度方向漸變，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿流道的長(zhǎng)度方向?yàn)樘荻确植肌?/p>

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面沿著三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的長(zhǎng)度方向分布著漸變的孔隙或顆粒物。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層的孔隙結(jié)構(gòu)沿流道的長(zhǎng)度方向?yàn)榧す饷}沖能量燒蝕粒徑漸變的孔隙。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層為粒徑結(jié)構(gòu)，所述三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層采用不同粒徑納米顆粒沿流道逐一梯度噴涂。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的流道為至少一個(gè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的流道為至少兩個(gè)時(shí)候，所述的流道平行開設(shè)在極板上，所?所述的流道為直線或者曲線。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：?所述的流道為至少兩個(gè)時(shí)候，所述的流道采用交叉布置的排列方式設(shè)置在極板上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的疏水層由涂抹在流道表面上的納米疏水材料形成。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)涉及電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于電解水制氫梯度仿生的電極流場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，包括極板、開設(shè)在極板上的流道、自下而上依次設(shè)置在流道表面上的疏水層和三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿著流道的長(zhǎng)度方向漸變，所述的三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層表面的粗糙度沿流道的長(zhǎng)度方向?yàn)樘荻确植?。本技術(shù)基于德州角蜥的皮膚水滴定向輸送原理，在雙極板流道表面設(shè)三維仿生結(jié)構(gòu)梯度層，將流道內(nèi)表面浸潤(rùn)性向單一方向逐漸增強(qiáng)，表面粗糙度逐漸減小。使得液相能夠獲得定向運(yùn)輸?shù)睦绽箟翰铗?qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極板內(nèi)水氣兩相流動(dòng)的被動(dòng)性調(diào)控；能夠提高液態(tài)水分布的均勻性和增強(qiáng)液態(tài)水的擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)效率更高的電解制氫。

技術(shù)研發(fā)人員：王龍,許望林,黃勇康,覃佑俙,董坤華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東莞潔氫材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240429
技術(shù)公布日：2024/12/19