本發(fā)明涉及電解槽，尤其涉及一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
1、由于pem電解槽內(nèi)部涉及復(fù)雜的傳質(zhì)過程，因此對其內(nèi)部流體進行有效管理顯得尤為重要。從傳質(zhì)與反應(yīng)機制的角度看，隨著電流密度的提高，陽極側(cè)的電化學(xué)反應(yīng)速率顯著加快，氧氣的生成速率也隨之增加。若氧氣無法及時通過氣體擴散層（gdl）和流道有效排出，便會在催化層局部積聚形成氣阻效應(yīng)，阻礙反應(yīng)物水的供應(yīng)，進而導(dǎo)致催化劑表面出現(xiàn)局部干涸或濃度極化現(xiàn)象。
2、如現(xiàn)有蛇形流道在增強湍流、促進氣體脫除方面表現(xiàn)優(yōu)異，但高流動阻力影響低功率輸入時的電解性能，并且長的流道造成溫度成階梯狀分布，從而使得質(zhì)子交換膜的受熱不均勻，影響質(zhì)子交換膜的性能和壽命。這不僅降低了反應(yīng)效率，還可能造成電流密度分布不均，從而影響整個電解槽的穩(wěn)定運行。此外，氧氣滯留還會干擾流道內(nèi)的熱量傳導(dǎo)，引發(fā)局部過熱或溫差波動，導(dǎo)致膜層性能退化及運行壽命縮短。因此，實現(xiàn)有效的水和氣體管理是提升?pem?電解槽性能與可靠性的核心技術(shù)之一。
3、在實際運行中，pem電解槽常工作于高功率密度區(qū)間，此時電流密度較高，伴隨快速的產(chǎn)氧過程，使得陽極側(cè)的氧氣排放問題尤為突出。氧氣在氣體擴散層及流道內(nèi)的傳輸行為受到多重因素影響，包括但不限于流場結(jié)構(gòu)設(shè)計、流道幾何參數(shù)、壁面親/疏水性處理，以及操作溫濕度等運行條件。因此，設(shè)計合理的pem電解槽陽極流道，對于實現(xiàn)?pem?電解槽的高效、穩(wěn)定與規(guī)模化運行具有重要的研究意義與工程價值。
4、隨著仿生學(xué)研究的不斷進步，人們發(fā)現(xiàn)許多生物經(jīng)過長期的自然選擇和進化，已經(jīng)形成了符合熱力學(xué)和流體力學(xué)規(guī)律的成熟流動系統(tǒng)，如葉脈脈絡(luò)、靜脈、哺乳動物的肺、鸚鵡螺等。自然界中植物葉脈脈絡(luò)在水分的傳輸方面具有高效的傳輸能力，是一種實現(xiàn)能量最小化的進化結(jié)果。植物葉片的葉脈系統(tǒng)高度分支，確保水分和養(yǎng)分能夠均勻分布到每一個葉肉細胞，同時高效地進行氣體交換。
5、如公開號為cn114753933a的專利公開一種葉脈仿生主動冷卻流道結(jié)構(gòu)，其主要通過支脈冷卻流道在主流道之間以銳角連接，并結(jié)合交錯排列的等腰梯形隔斷和擾流凸起，以提高換熱效率并減輕結(jié)構(gòu)重量。但是該專利仍然存在氣體積聚、流動均勻性不是很好的問題。
6、因此，針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，顯著優(yōu)化了流體在電解槽中的橫向均勻分布，減少了流動死區(qū)。此外，結(jié)構(gòu)還強化了氣液分離能力，便于氣泡逸出，降低了極板表面氣泡覆蓋，從而提高了反應(yīng)效率，特別適用于對氣體管理要求較高的pem電解應(yīng)用。
2、為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，包括流道結(jié)構(gòu)，所述流道結(jié)構(gòu)呈葉脈脈絡(luò)分布的進水主通道和排水分支流道，所述進水主通道沿電解槽長度方向延伸并位于流道結(jié)構(gòu)中央，所述排水分支流道由進水主通道向外分支延伸，進而形成對稱雙向流道結(jié)構(gòu)，以使流體在流道結(jié)構(gòu)中均勻橫向分布。
4、進一步的，所述排水分支流道為對稱多蛇形結(jié)構(gòu)。
5、進一步的，所述進水主通道和排水分支流道的寬度均為1mm，深度均為1mm。
6、進一步的，所述排水分支流道的數(shù)量為多個，均勻分布在進水主通道的兩側(cè)。
7、進一步的，所述流道結(jié)構(gòu)中還設(shè)有脊背，脊背設(shè)置于相鄰排水分支流道之間。
8、進一步的，所述脊背的寬度為0.6mm，深度為1mm。
9、進一步的，所述流道結(jié)構(gòu)的底部依次設(shè)有擴散層、催化層、質(zhì)子交換膜，所述擴散層、催化層和質(zhì)子交換膜層疊設(shè)置，進而構(gòu)成流道本體的內(nèi)部反應(yīng)區(qū)域。
10、進一步的，所述擴散層的厚度為0.5mm；催化層的厚度為0.02mm；質(zhì)子交換膜的厚度為0.183mm。
11、相應(yīng)的，還提供一種新型pem電解槽，包括所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)。
12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
13、1、采用對稱雙向流道結(jié)構(gòu)，且結(jié)合了低流阻、高效換熱和增強氣液分離能力的特點，使流體在流道中形成高效且均勻的橫向分布，減少流動死區(qū)，提高電解槽整體的氣體輸運效率，使其適用于波動功率供能的電解水制氫系統(tǒng)。并且流體分布更加均勻，有助于緩解局部濃差極化和溫度梯度不均的問題。這一結(jié)構(gòu)能夠確保在不同功率輸入下，均能保持穩(wěn)定的流體分布，避免局部流動停滯，即便在功率劇烈波動的情況下，該流道結(jié)構(gòu)仍然可以保持較好的均勻性，減少局部失效或熱點問題，提高電解槽的長期可靠性。
14、2、排水分支流道采用對稱多蛇形結(jié)構(gòu)，借鑒了蛇形流道在氣體脫除方面的優(yōu)勢通過橫向分布的排水通道，提高氣體逸出的能力，使得氣泡更容易被電解液帶出，減少極板表面氣泡覆蓋，提升反應(yīng)活性。通過多通道并聯(lián)的方式，使流體在流道中的流動阻力最小化，同時提高單位時間內(nèi)的電解效率。該結(jié)構(gòu)在低功率運行時仍能保持均勻流速，避免局部氣體堆積，提高電解反應(yīng)的穩(wěn)定性。
1.一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，包括流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流道結(jié)構(gòu)呈葉脈脈絡(luò)分布的進水主通道和排水分支流道，所述進水主通道沿電解槽長度方向延伸并位于流道結(jié)構(gòu)中央，所述排水分支流道由進水主通道向外分支延伸，進而形成對稱雙向流道結(jié)構(gòu)，以使流體在流道結(jié)構(gòu)中均勻橫向分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述排水分支流道為對稱多蛇形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述進水主通道和排水分支流道的寬度均為1mm，深度均為1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述排水分支流道的數(shù)量為多個，均勻分布在進水主通道的兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流道結(jié)構(gòu)中還設(shè)有脊背，脊背設(shè)置于相鄰排水分支流道之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述脊背的寬度為0.6mm，深度為1mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流道結(jié)構(gòu)的底部依次設(shè)有擴散層、催化層、質(zhì)子交換膜，所述擴散層、催化層和質(zhì)子交換膜層疊設(shè)置，進而構(gòu)成流道結(jié)構(gòu)的內(nèi)部反應(yīng)區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擴散層的厚度為0.5mm；催化層的厚度為0.02mm；質(zhì)子交換膜的厚度為0.183mm。
9.一種新型pem電解槽，其特征在于，包括如權(quán)利要1-8任一項所述的一種基于葉脈脈絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型pem電解槽流道結(jié)構(gòu)。