中，阳极沟道的深度是实质上恒定的，阳极沟道的宽度沿着在反应 物（水）随所述沟道的流动方向上的沟道长度的至少一部分减小。在一些实施例中，阳极 沟道的深度基本是恒定的，阳极沟道的宽度根据自然指数函数沿着沟道长度在反应物流动 方向上的至少一部分减小。在一些实施例中，阳极沟道的深度是实质上恒定的，阳极沟道在 沿着沟道部分的所选纵向位置（lengthwiseposition)处的宽度与所选纵向位置的自然指 数函数成正比。在一些实施例中，阳极沟道的宽度对于沟道长度的一部分是实质上恒定的， 且沟道的宽度沿着沟道长度的另一部分而变化。在一些实施例中，阳极沟道的深度是实质 上恒定的，阳极沟道的宽度沿沟道长度的一部分随着距离改变，使得：
【主权项】
1. 一种用于由水产生氢气和氧气的电解器组合件，所述电解器组合件包括至少一个单 位电池，所述单位电池包括： (a) 膜电极组合件，包括夹在阳极和阴极之间的质子交换膜； (b) 阴极流动场板，与所述阴极相邻；以及 (c) 阳极流动场板，与所述阳极相邻，所述阳极流动场板其中形成有至少一个阳极沟 道，用于引导水与所述阳极相接触； 其中所述至少一个阳极沟道具有一定长度，且其横截面面积沿着所述长度的至少一部 分改变。
2. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中通过改变所述沟道宽度、沟道深度和沟 道形状中的至少一个，来改变所述阳极沟道横截面面积。
3. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的深度是实质上恒定的， 所述阳极沟道的宽度在反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分减小。
4. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的深度是实质上恒定的， 所述阳极沟道的宽度根据自然指数函数在反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一 部分减小。
5. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的深度是实质上恒定的， 所述阳极沟道在沿着所述沟道部分的所选纵向位置处的宽度与所述所选纵向位置的自然 指数函数成正比。
6. 根据权利要求3-5中的任一权利要求所述的电解器组合件，其中所述沟道宽度沿着 所述阳极沟道的实质上整个长度减小。
7. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的宽度对于所述沟道长度 的一部分是实质上恒定的，所述沟道宽度沿着所述沟道长度的另一部分变化。
8. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的深度是实质上恒定的， 所述阳极沟道的宽度沿所述沟道长度的一部分随着距离改变，使得：
其中W(X)是在纵向位置X处的阳极沟道宽度；X是沿沟道长度的所选位置；D是沟道深 度；V是恒定的流速是水的化学计量；是水的流率系数；id是总的沟道电流；以及 L是沟道长度。
9. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的宽度是实质上恒定的， 所述阳极沟道的深度在反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分减小。
10. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道的宽度是实质上恒定的， 所述阳极沟道的深度在反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分实质上线性减 小。
11. 根据权利要求1所述的电解器组合件，其中所述阳极沟道宽度是实质上恒定的，所 述阳极沟道的深度沿着所述沟道长度的所述部分随距离改变，使得：
其中D(x)是在纵向位置X处的阳极沟道深度；X是沿着沟道长度的所选位置是 水的化学计量'A0是水的流率系数；id是电流密度；以及L是沟道长度。
12. 根据权利要求1-5和7-10中的任一权利要求所述的电解器组合件包括按照堆布置 的多个所述单位电池。
13. 根据权利要求12所述的电解器组合件，还包括：供水装置，经过阀门流动性地耦接 以便向所述阳极沟道传送水。
14. 根据权利要求13所述的电解器组合件，还包括：电源，可切换地连接以便向所述电 解器组合件传送电力。
15. 根据权利要求14所述的电解器组合件，还包括：氢气容器，经过阀门流动性地耦接 到所述阴极流动场板，以便收集由所述电解器组合件产生的氢气。
16. 根据权利要求15所述的电解器组合件，还包括：氧气容器，经过阀门流动性地耦接 到所述阴极流动场板，以便收集由所述电解器组合件产生的氧气。
17. 根据权利要求16所述的电解器组合件，其中所述电解器组合件被配置为当将氧气 和氢气供应给所述阳极和阴极时，还操作为燃料电池以便产生电力和水。
18. -种单元化的可再生燃料电池组合件，配置为操作为由水产生氢气和氧气的电解 器以及由氢气和氧气产生电力的燃料电池二者，所述单元化的可再生燃料电池包括至少一 个单位电池，所述单位电池包括： (a) 膜电极组合件，包括夹在第一电极和第二电极之间的质子交换膜； (b) 第一流动场板，与所述第一电极相邻，所述流动场板包括至少一个氧气侧沟道，用 于引导第一流体流与所述相邻的第一电极接触，所述至少一个氧气侧沟道具有一定长度， 且其横截面面积沿所述沟道长度的至少一部分改变；以及 (c) 第二流动场板，与所述第二电极相邻，所述流动场板包括至少一个氢气侧沟道，用 于引导第二流体流与所述相邻的第二电极接触； 其中为了操作为电解器，将所述至少一个单元电池连接到电源，并将所述至少一个氧 气侧沟道流动性地连接到供水装置，以便令反应物水流经所述至少一个氧气侧沟道；为了 操作为燃料电池，流动性地连接所述至少一个氧气侧沟道以接收包含氧气的反应物流，流 动性地连接至少一个氢气侧沟道以便接收包含氢气的反应物流，将所述至少一个单位电池 与电学负载相连。
19. 根据权利要求18所述的单元化的可再生燃料电池组合件，其中所述至少一个氧气 侧沟道的深度是实质上恒定的，所述至少一个氧气侧沟道的宽度在电解器操作期间在水反 应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分减小，并在燃料电池操作期间在包含氧气 的反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分减小。
20. 根据权利要求18所述的单元化的可再生燃料电池组合件，其中所述至少一个氧气 侧沟道的深度是实质上恒定的，所述至少一个氧气侧沟道的宽度在电解器操作期间在水反 应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分根据自然指数函数减小，并在燃料电池操 作期间在包含氧气的反应物流动方向上沿着所述沟道长度的至少一部分根据自然指数函 数减小。
21. 根据权利要求20所述的单元化的可再生燃料电池组合件，其中所述至少一个氧气 侧沟道的宽度沿着所述氧气侧沟道的实质上整个长度根据自然指数函数减小。
22.根据权利要求18-21中的任一权利要求所述的单元化的可再生燃料电池组合件， 包括按照堆布置的多个所述单位电池。
【专利摘要】电解器或单元化的可再生燃料电池具有包括至少一个沟道的流动场，其中所述沟道的横截面面积沿着所述沟道长度的至少一部分改变。在一些实施例中，所述沟道宽度沿着所述沟道长度的至少一部分根据自然指数函数减小。使用这种类型或改善型的流动场沟道可以改善电解器设备的操作的性能和效率。
【IPC分类】C25B11-02, H01M8-18, C25B1-10
【公开号】CN104838042
【申请号】CN201380064598
【发明人】肖恩·迈克尔·麦金农, 马太·保罗·保内, 拉乌尔·雅各布·金马, 格雷格·约翰·蒙铁
【申请人】动力盘开发有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2013年10月10日
【公告号】WO2014056110A1