本技術(shù)涉及一種雙極板流道結(jié)構(gòu)、陽極側(cè)結(jié)構(gòu)和質(zhì)子交換膜電解池，屬于水電解池。

背景技術(shù)：

1、質(zhì)子交換膜電解池(pemec)利用電解水的電化學(xué)反應(yīng)，在質(zhì)子交換膜的協(xié)助下分離氫氣和氧氣，從而產(chǎn)生電能的技術(shù)，其具有清潔能源生產(chǎn)、能源轉(zhuǎn)化效率高、響應(yīng)速度快、產(chǎn)生的氫氣純度高、適應(yīng)性強(qiáng)、壽命長、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)已成為研究熱門。

2、現(xiàn)如今的傳統(tǒng)流道雙極板結(jié)構(gòu)例如平行流道、蛇形流道、叉指形流道等都存在著如氣體分布不均、壓降過大、死區(qū)過大（即氣泡堆積的區(qū)域，氣泡堆積到該處之后難以流動(dòng)排出）等問題。

3、當(dāng)生成氣體不能及時(shí)從流道排出，水的流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)阻礙，從而影響流道內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型提供一種雙極板流道結(jié)構(gòu)、陽極側(cè)結(jié)構(gòu)和質(zhì)子交換膜電解池，旨在改變流道內(nèi)的局部流速及擾動(dòng)從而增強(qiáng)傳質(zhì)過程，從而使有第二相生成的質(zhì)子交換膜電解池、質(zhì)子交換膜燃料電池更加穩(wěn)固地以高效率進(jìn)行反應(yīng)。

2、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題采取以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，此流道結(jié)構(gòu)為蛇形流道，所述蛇形流道包括水平段，沿流體方向，所述水平段上分別設(shè)有弧形流道、水平流道和鋸齒流道，且弧形流道、水平流道和鋸齒流道三者依次連接成一個(gè)流道單元，多個(gè)流道單元組成蛇形流道。

4、優(yōu)選的，所述水平段的個(gè)數(shù)為若干個(gè)。

5、優(yōu)選的，所述蛇形流道還包括多個(gè)彎折段，且每相鄰兩個(gè)所述水平段的端部共同連接彎折段。

6、優(yōu)選的，所述彎折段的底部、彎折段的側(cè)壁和水平段的側(cè)壁均為水平平面。

7、進(jìn)一步的，所述水平平面均為光滑水平平面。

8、優(yōu)選的，雙極板的底面也為光滑水平平面。

9、需要說明的是，雙極板的底面是指與蛇形流道所在雙極板的面相對應(yīng)的面。

10、優(yōu)選的，所述弧形流道為相對于水平流道向上凸起的流道，鋸齒流道為一側(cè)沿水平流道向上爬升的流道。

11、采用上述方案，氣流在蛇形流道內(nèi)流動(dòng)路徑如下：

12、氣流在沿著一水平流道內(nèi)流經(jīng)或沿著彎折段流經(jīng)后，先爬過相對于水平流道向上凸起的弧形流道，接著再沿該弧形流道下落至下一水平流道，在下一水平流道內(nèi)流動(dòng)后，再從該水平流道上沿著鋸齒流道向上爬升至鋸齒流道頂部，再從其頂部掉落至鋸齒流道一側(cè)的水平流道。

13、優(yōu)選的，弧形流道上的凸起高度為0.3-0.5mm，鋸齒流道的斜面長度為1.5-2mm。

14、進(jìn)一步的，弧形流道上的凸起高度為0.35mm，鋸齒流道的斜面長度為1.61mm。

15、優(yōu)選的，所述流道結(jié)構(gòu)上的蛇形流道個(gè)數(shù)為一個(gè)或多個(gè)。

16、進(jìn)一步的，所述雙極板流道結(jié)構(gòu)上的蛇形流道個(gè)數(shù)為一個(gè)。

17、優(yōu)選的，所述蛇形流道的首尾兩端端部在雙極板上形成串口，即為液體進(jìn)口和反應(yīng)物出口。

18、優(yōu)選的，所述弧形流道、水平流道和鋸齒流道的個(gè)數(shù)均為多個(gè)，且多個(gè)所述弧形流道、多個(gè)所述水平流道和多個(gè)所述鋸齒流道在水平段上交替設(shè)置。

19、優(yōu)選的，多個(gè)所述弧形流道、多個(gè)所述水平流道和多個(gè)所述鋸齒流道均交替設(shè)置在水平段的底部。

20、優(yōu)選的，所述鋸齒流道的截面為斜面。

21、進(jìn)一步的，所述斜面的夾角為10-15°。

22、更進(jìn)一步的，所述斜面的夾角為12.57°。

23、優(yōu)選的，每個(gè)所述水平流道的長度為1-2mm。

24、進(jìn)一步的，每個(gè)所述水平流道的長度為1.5mm。

25、一種陽極側(cè)結(jié)構(gòu)，包含共同通過螺絲連接的上述雙極板流道結(jié)構(gòu)、氣體擴(kuò)散層、催化層和質(zhì)子交換膜，且雙極板流道結(jié)構(gòu)上的蛇形流道面向氣體擴(kuò)散層。

26、一種質(zhì)子交換膜電解池，包含上述雙極板流道結(jié)構(gòu)或上述陽極側(cè)結(jié)構(gòu)。

27、本實(shí)用新型的有益效果是：

28、（1）蛇形流道的水平段上采用弧形流道、水平流道和鋸齒流道為一流道單元，多流道單元結(jié)合方式的流道結(jié)構(gòu)，增加了氣流在整個(gè)雙極板中流動(dòng)時(shí)的擾動(dòng)，強(qiáng)化了流道內(nèi)氣體的運(yùn)輸作用，使反應(yīng)氣體更容易進(jìn)入電池內(nèi)部，相比之前簡單的蛇形流道，電解池的電解速度加快，從而產(chǎn)生電流的速率加快，在單位時(shí)間內(nèi)增大了電流密度。

29、（2）蛇形流道的水平段上采用弧形流道、水平流道和鋸齒流道為一流道單元，多流道單元結(jié)合方式的流道結(jié)構(gòu)，能降低流道出入口的壓降，流道內(nèi)沿速度方向，即流體的流動(dòng)方向的壓力變化減小，速度變化幅度小，不易產(chǎn)生死區(qū)，因此流道內(nèi)反應(yīng)劇烈程度、電流密度等所表征的穩(wěn)定性，流道內(nèi)的反應(yīng)氣體和液體等分布、反應(yīng)的發(fā)生區(qū)域等表征的均勻性更好。

技術(shù)特征：

1.一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，此流道結(jié)構(gòu)為蛇形流道，其特征在于：所述蛇形流道包括水平段，沿流體方向，所述水平段上分別設(shè)有弧形流道、水平流道和鋸齒流道，且弧形流道、水平流道和鋸齒流道三者依次連接成一個(gè)流道單元，多個(gè)流道單元組成蛇形流道。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述流道結(jié)構(gòu)上的蛇形流道個(gè)數(shù)為一個(gè)或多個(gè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述蛇形流道的首尾兩端端部在雙極板上形成串口，即為液體進(jìn)口和反應(yīng)物出口。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弧形流道、水平流道和鋸齒流道的個(gè)數(shù)均為多個(gè)，且多個(gè)所述弧形流道、多個(gè)水平流道和多個(gè)所述鋸齒流道在水平段上依次連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：多個(gè)所述弧形流道、多個(gè)水平流道和多個(gè)所述鋸齒流道均交替設(shè)置在水平段的底部。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述弧形流道為相對于水平流道向上凸起的流道，鋸齒流道為一側(cè)沿水平流道向上爬升的流道。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙極板流道結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述鋸齒流道的截面為斜面；每個(gè)所述水平流道的長度為1-2mm。

8.一種陽極側(cè)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包含共同通過螺絲連接的權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的雙極板流道結(jié)構(gòu)、氣體擴(kuò)散層、催化層和質(zhì)子交換膜，且雙極板流道結(jié)構(gòu)上的蛇形流道面向氣體擴(kuò)散層。

9.一種質(zhì)子交換膜電解池，其特征在于：包含權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的雙極板流道結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求8所述的陽極側(cè)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種雙極板流道結(jié)構(gòu)、陽極側(cè)結(jié)構(gòu)和質(zhì)子交換膜電解池，屬于水電解池技術(shù)領(lǐng)域。此流道結(jié)構(gòu)為蛇形流道，所述蛇形流道包括水平段，沿流體方向，所述水平段上分別設(shè)有弧形流道、水平流道和鋸齒流道，且弧形流道、水平流道和鋸齒流道三者依次連接成一個(gè)流道單元，多個(gè)流道單元組成蛇形流道。本技術(shù)中蛇形流道的水平段上采用弧形流道、水平流道和鋸齒流道為一流道單元，多流道單元結(jié)合方式的流道結(jié)構(gòu)，增加氣流在整個(gè)雙極板中流動(dòng)時(shí)的擾動(dòng)，強(qiáng)化流道內(nèi)氣體的運(yùn)輸作用，反應(yīng)氣體更容易進(jìn)入電池內(nèi)部，相比之前簡單的蛇形流道，電解池的電解速度加快，加快產(chǎn)生電流速率，在單位時(shí)間內(nèi)增大了電流密度。

技術(shù)研發(fā)人員：馮仲亮,黃波,周天俊,徐屾,楊明豐,張凌菡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海工程技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240723
技術(shù)公布日：2025/5/15