CN111063912B - 一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法，叶脉仿生压渗型三合一双极板包括阴极板、阳极板，采用仿生叶脉状配液、集液道将双极板主体区域分割为大小、形状均一的电化学催化反应区域，减小反应物流程的同时使双极板上的浓度分布更加均一，解决了因反应物浓度不均导致双极板温度分布不均并造成输出性能恶化的正反馈机制；本发明将流场、扩散层、催化层的功能合而为一的新型“三合一”结构，提供了一种紧凑高效的电极结构；泡沫金属填充相变材料的复合结构吸收电化学反应的放热，本发明可有效提升反应物能量利用效率，不仅向外输出电能，相变材料储存废热作为电堆待机过程的保温热源，节能的同时又提升了电堆再启动的快速响应特性。

Description

一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法

技术领域

本发明涉及电化学反应装置领域，尤其涉及叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法。

背景技术

能源的清洁高效利用是应对传统粗放式化石能源使用带来的雾霾、污染等环境问题的必要举措。电化学供能与电化学储能装置，作为一种将化学能直接转化为电能的装置，受到广泛的研究与关注。燃料电池是电化学供能装置的典型代表，液流电池是电化学储能装置的典型代表。燃料电池理论能量转换效率高达100%，不受卡诺循环限制，将燃料的化学能直接转换为电能。由于不经过燃烧过程，因此不会产生有害气体、不会造成固体颗粒物污染，具有可靠前景。液流电池是一种大型蓄电储能装置，其充放电过程通过正负极带电离子价态的变化实现，将化学能与电能直接转换，过程安静无污染。

这两种电化学供能与电化学储能装置里本质上发生的是氧化还原反应，它们的主要组件中均包括双极板这一核心结构。双极板起到集流、支撑、分配流体的作用，双极板的设计直接影响到这两种电化学反应装置中的浓度分布，进而影响到整体效率、温度场分布。双极板上分布有3个流场：阳极流场、阴极流场及冷却液流场。三者的合理布局设计及协同工作，是所述电化学反应装置高效、可靠、稳定运行的保证。双极板上的阴阳极流场将流体在反应活性面积上均匀分配，流体进入扩散层进一步运动至电极附近，在催化剂的催化下发生电化学反应。

传统的所述电化学反应装置中，双极板和扩散层、催化层等结构是分置的，由此带来无可避免的层间传质阻力，并增加了整体装置的体积。装置的小型化、集约化、紧凑化设计，可以将所述电化学反应装置的使用场景拓展到空间受限的区域。此外，提高反应物在活性面积上的均匀分配程度，可以提高所述电化学反应装置的热物理性质，降低热管理困难。

生物体经过千百年的进化，形成了优化的形式和结构。叶脉分布在叶肉组织中，是叶片的重要结构，起支撑及传导作用。叶脉在叶片中规律分布，逐级伸展分叉，将叶片分割为一块块子区域。通过这种结构，将水分、无机盐等养分以最大效率输送到叶肉细胞中。通过模仿这种思想，将叶脉及叶脉输送结构借鉴到双极板中，可以为新型双极板的设计提供思路。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明目的在于提供一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法，解决电化学反应装置局部过热的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，包括阴极板和阳极板，阴极板单面刻蚀有流道，阳极板双面刻蚀有流道，所述的阴极板和所述的阳极板通过粘结剂紧密粘结形成所述双极板整体；所述的阴极板和阳极板上靠近一边顺序设置有贯穿阴极板和阳极板的氧化剂配液腔、冷却液配液腔、燃料配液腔，阴极板和阳极板上靠近另一边顺序设置有贯穿阴极板和阳极板的燃料集液腔、冷却液集液腔、氧化剂集液腔；

所述的阴极板正面主体区域分布有氧化剂配液主道、氧化剂配液子道、氧化剂集液主道、氧化剂集液子道，其中所述的氧化剂配液主道与所述的氧化剂配液子道相连、所述的氧化剂集液主道与所述的氧化剂集液子道相连；所述氧化剂配液主道与氧化剂配液腔相连通，氧化剂集液主道与氧化剂集液腔相连通；所述的氧化剂配液主道、氧化剂配液子道组合为叶脉仿生形，所述的氧化剂集液主道、氧化剂集液子道组合为叶脉仿生形；

所述的阳极板正面主体区域分布有冷却液流道和冷却液流道肋板，冷却液流道两端分别与冷却液配液腔和冷却液集液腔连通；所述的阳极板背面主体区域分布有燃料配液主道、燃料配液子道、燃料集液主道、燃料集液子道，其中所述的燃料配液主道与所述的燃料配液子道相连、所述的燃料集液主道与所述的燃料集液子道相连；所述燃料配液主道与燃料配液腔相连通，燃料集液主道与燃料集液腔相连通；所述的燃料配液主道、所述的燃料配液子道组合为叶脉仿生形，所述的燃料集液主道、所述的燃料集液子道组合为叶脉仿生形；

所述的阴极板和所述的阳极板材料均由第一泡沫金属层和第二泡沫金属层构成，所述的第一泡沫金属层和所述的第二泡沫金属层由分隔板分隔开；所述的第一泡沫金属层中负载有催化剂，所述的第二泡沫金属层内填充有相变材料。

进一步，所述的氧化剂配液主道截面积为与之相连的3条所述的氧化剂配液子道截面积之和；所述的氧化剂配液子道又自为叶脉仿生形；所述的氧化剂集液主道截面积与所述的氧化剂集液子道截面积相等；所述的氧化剂集液子道又自为叶脉仿生形。

进一步，所述的燃料配液主道截面积为与之相连的3条所述的燃料配液子道截面积之和；所述的燃料配液子道又自为叶脉仿生形；所述的燃料集液主道截面积与所述的燃料集液子道截面积相等；所述的燃料集液子道又自为叶脉仿生形。

进一步，所述的阴极板正面主体区域分布的所述的氧化剂配液主道、所述的氧化剂配液子道、所述的氧化剂集液主道、所述的氧化剂集液子道共同将所述的阴极板正面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。

进一步，所述的阳极板背面主体区域分布的所述的燃料配液主道、所述的燃料配液子道、所述的燃料集液主道、所述的燃料集液子道共同将所述的阳极板背面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。

进一步，所述的阳极板正面主体区域的冷却液流道中的冷却液流动方向与所述的阴极板正面的电化学催化反应区域及所述的阳极板背面的电化学催化反应区域中的浓差方向相平行。

进一步，所述的第一泡沫金属层和所述的第二泡沫金属层均为铜或铝材料；第一泡沫金属层、所述的第二泡沫金属层的孔隙率均为0.50~0.95

进一步，所述的催化剂附着在所述的第一泡沫金属层中，所述的催化剂为碳载铂或碳载钯贵金属催化剂。

进一步，所述的第二泡沫金属层的空腔内填充的相变材料熔点在50~80℃。

一种叶脉仿生压渗型三合一双极板的工作方法，包括以下步骤：

步骤S100：燃料及氧化剂均匀分配进入电极：经外部泵送的氧化剂进入所述的氧化剂配液腔流经氧化剂配液主道进入氧化剂配液子道，在所述的氧化剂配液子道与所述的氧化剂集液子道之间的压差及浓差的作用下，氧化剂均匀渗流扩散进入所述的第一泡沫金属层；经外部泵送的燃料进入所述的燃料配液腔流经燃料配液主道进入所述的燃料配液子道，在所述的燃料配液子道与所述的燃料集液子道之间的压差及浓差的作用下，燃料均匀渗流扩散进入所述的第一泡沫金属层；

步骤S200：第一泡沫金属层内发生电化学反应：进入阴极所述的第一泡沫金属层中并均匀分布的氧化剂在所述的催化剂的催化作用下，发生电化学反应，生成阴极产物；进入阳极所述的第一泡沫金属层中并均匀分布的燃料在所述的催化剂的催化作用下，发生电化学反应，生成阳极产物；

步骤S300：产物及未反应的反应物流出电极：在压差及浓差的作用下，未反应的氧化剂及阴极产物通过渗流扩散作用进入所述的氧化剂集液子道，汇流至所述的氧化剂集液主道进入所述的氧化剂集液腔；在压差及浓差的作用下，未反应的燃料及阳极产物通过渗流扩散作用进入所述的燃料集液子道，汇流至所述的燃料集液主道进入所述的燃料集液腔；

步骤S400：第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：所述的第一泡沫金属层中由电化学反应释放的热量经所述的第一泡沫金属层骨架及所述的分隔板以热传导及热辐射的方式向所述的第二泡沫金属层传递，并被所述的第二泡沫金属层中的所述的相变材料吸收；所述的相变材料吸热后发生相变反应，抑制双极板温度的上升；

步骤S500：冷却液均匀双极板的温度：冷却液经外部泵送进入所述的冷却液配液腔，流经多路并行的蛇形的所述的冷却液流道后进入所述的冷却液集液腔；冷却液与所述的第二泡沫金属层充分换热维持双极板温度在适合所述的催化剂的工作温度区间内；

步骤S600：电堆再启动过程第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：电堆待机状态下，所述的相变材料向外放出热量并通过所述的第二泡沫金属层向所述的第一泡沫金属层传递，保证电堆再启动过程中电堆的快速响应。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1. 本发明采用仿生叶脉状配液、集液道将双极板主体区域分割为大小、形状均一的电化学催化反应区域，减小反应物流程的同时使双极板上的浓度分布更加均一，解决了因反应物浓度不均导致双极板温度分布不均并造成输出性能恶化的正反馈机制；

2. 本发明采用的泡沫金属填充相变材料的复合结构吸收电化学反应的放热，通过采用冷却液流动与反应物渗流方向平行的设计，使双极板局部温度均一并快速达到整体温度均匀；

3. 本发明简化了燃料电池结构，提出了将流场、扩散层、催化层的功能合而为一的新型“三合一”结构，提供了一种紧凑高效的电极结构；

4. 本发明采用非等厚的阴极板和阳极板粘结构成双极板，阴极板单面加工、阳极板双面加工，优化了工艺降低了加工成本；

5. 本发明可有效提升反应物能量利用效率，不仅向外输出电能，并通过相变材料储存废热作为电堆待机过程的保温热源，节能的同时又提升了电堆再启动的快速响应特性。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的阴极板正面示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的阴极板背面示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的阳极板正面示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的阳极板背面示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的配液导通孔处剖面图；

图6是本发明的一个较佳实施例的集液导通孔处剖面图；

图7是本发明的一个较佳实施例的电堆中部剖面图；

图8是本发明的一个较佳实施例的双极板截面结构示意图；

图9是含有本发明的一个较佳实施例的燃料电池截面结构示意图；

图中：1-阴极板；2-阳极板；3-氧化剂配液腔；4-氧化剂集液腔；5-燃料配液腔；6-燃料集液腔；7-冷却液配液腔；8-冷却液集液腔；9-氧化剂配液导通孔；10-氧化剂集液导通孔；11-氧化剂配液主道；12-氧化剂集液主道；13-氧化剂配液子道；14-氧化剂集液子道；15-氧化剂入流道；16-氧化剂出流道；17-燃料入流道；18-燃料出流道；19-燃料配液导通孔；20-燃料集液导通孔；21-冷却液流道；22-冷却液流道肋板；23-燃料配液主道；24-燃料集液主道；25-燃料配液子道；26-燃料集液子道；27-第一泡沫金属层；28-催化剂；29-分隔板；30-第二泡沫金属层；31-相变材料；32-质子交换膜。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

参见图1-4，本发明的叶脉仿生压渗型三合一双极板，包括阴极板1和阳极板2，阴极板1和阳极板2通过粘结剂紧密粘结形成所述双极板整体；阴极板1上靠近一边顺序设置有贯穿阴极板1的氧化剂配液腔3、冷却液配液腔7、燃料配液腔5，阴极板1上靠近另一边顺序设置有贯穿阴极板1的燃料集液腔6、冷却液集液腔8、氧化剂集液腔4；阴极板1正面主体区域分布有氧化剂配液主道11、氧化剂配液子道13、氧化剂集液主道12、氧化剂集液子道14，其中氧化剂配液主道11与氧化剂配液子道13相连、氧化剂集液主道12与氧化剂集液子道14相连；氧化剂配液子道13与氧化剂配液主道11垂直布置，多条间隔一定距离设置的氧化剂配液子道支路与氧化剂配液子道13垂直布置，形成叶脉仿生结构；氧化剂集液子道14与氧化剂集液主道12垂直布置，多条间隔一定距离设置的氧化剂集液子道支路与氧化剂集液子道14垂直布置，形成叶脉仿生结构；各氧化剂配液子道支路与氧化剂集液子道支路间隔交叉布置。阴极板1上紧邻氧化剂配液腔3处的氧化剂配液主道11末端设置有氧化剂配液导通孔9，紧邻氧化剂集液腔4处的氧化剂集液主道12末端设置有氧化剂集液导通孔10；氧化剂配液导通孔9、氧化剂集液导通孔10贯穿阴极板1。

所述的阴极板1正面主体区域分布的所述的氧化剂配液主道11、所述的氧化剂配液子道13组合为叶脉仿生形，所述的氧化剂配液主道11截面积为与之相连的3条所述的氧化剂配液子道13截面积之和；所述的氧化剂配液子道13又自为叶脉仿生形；所述的氧化剂集液主道12、所述的氧化剂集液子道14组合为叶脉仿生形，所述的氧化剂集液主道12截面积与所述的氧化剂集液子道14截面积相等；所述的氧化剂集液子道14又自为叶脉仿生形。

阳极板2与阴极板各腔体位置对应靠近一边顺序设置有贯穿阳极板2的氧化剂配液腔3、冷却液配液腔7、燃料配液腔5，靠近另一边顺序设置有贯穿阳极板2的燃料集液腔6、冷却液集液腔8、氧化剂集液腔4；阳极板2正面主体区域分布有冷却液流道21和冷却液流道肋板22；阳极板2正面与氧化剂配液腔3相连设置有氧化剂入流道15，与氧化剂集液腔4相连设置有氧化剂出流道16，与燃料配液腔5相连设置有燃料入流道17，与燃料集液腔6相连设置有燃料出流道18。

阳极板2背面主体区域分布有燃料配液主道23、燃料配液子道25、燃料集液主道24、燃料集液子道26，其中燃料配液主道23与燃料配液子道25相连、燃料集液主道24与燃料集液子道26相连；燃料配液子道25与燃料配液主道23垂直布置，多条间隔一定距离设置的燃料配液子道支路与燃料配液子道25垂直布置，形成叶脉仿生结构；燃料集液子道26与燃料集液主道24垂直布置，多条间隔一定距离设置的燃料集液子道支路与燃料集液子道26垂直布置，形成叶脉仿生结构；各燃料配液子道支路与燃料集液子道支路间隔交叉布置。阳极板2上紧邻燃料配液腔5处的燃料配液主道23末端设置有燃料配液导通孔19，紧邻燃料集液腔6处的燃料集液主道24末端设置有燃料集液导通孔20，燃料配液导通孔19、燃料集液导通孔20贯穿阳极板2。

阳极板2背面主体区域分布的所述的燃料配液主道23、所述的燃料配液子道25组合为叶脉仿生形，所述的燃料配液主道23截面积为与之相连的3条所述的燃料配液子道25截面积之和；所述的燃料配液子道25又自为叶脉仿生形；所述的燃料集液主道24、所述的燃料集液子道26组合为叶脉仿生形，所述的燃料集液主道24截面积与所述的燃料集液子道26截面积相等；所述的燃料集液子道26又自为叶脉仿生形。

阴极板1和阳极板2材料均由第一泡沫金属层27和第二泡沫金属层30构成，第一泡沫金属层27和第二泡沫金属层30由分隔板29分隔开；第一泡沫金属层27表面负载有催化剂28，第二泡沫金属层30内填充有相变材料31。

参见图5和图6，氧化剂配液导通孔9贯穿阴极板1并与氧化剂入流道15相连，氧化剂集液导通孔10贯穿阴极板1并与氧化剂出流道16相连；燃料配液导通孔19贯穿阳极板2并与燃料入流道17相连，燃料集液导通孔20贯穿阳极板2并与燃料出流道18相连。

参见图7，阴极板1的厚度与阳极板2的厚度之比为2:3，阴极板1是单面刻蚀加工，阳极板2是双面刻蚀加工，优化了工艺降低了加工成本。

参见图1和图4，叶脉仿生形的氧化剂配液主道11、氧化剂配液子道13、氧化剂集液主道12、氧化剂集液子道14共同将阴极板1正面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。叶脉仿生形的燃料配液主道23、燃料配液子道25、燃料集液主道24、燃料集液子道26共同将阳极板2背面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。

参见图8，第一泡沫金属层27、第二泡沫金属层30为具有高导热系数的泡沫铜材料，孔隙率均为0.50~0.95。催化剂28附着在第一泡沫金属层27的表面，催化剂28为催化活性高的碳载铂催化剂。第二泡沫金属层30的空腔内填充的相变材料31为相变潜热大、化学性质稳定、熔点在50~80℃的石蜡。

参见图9，将2块该双极板顺序组合，两块双极板中间放置质子交换膜32后，即构成燃料电池电堆中的主要组件。

参见图1-9，工作方法包括以下步骤：

步骤S100：燃料及氧化剂均匀分配进入电极：经外部泵送的氧化剂进入氧化剂配液腔3，先后流经氧化剂入流道15、氧化剂配液导通孔9、氧化剂配液主道11进入氧化剂配液子道13，在氧化剂配液子道13与氧化剂集液子道14之间的压差及浓差的作用下，氧化剂均匀渗流扩散进入第一泡沫金属层27；经外部泵送的燃料进入燃料配液腔5，先后流经燃料入流道17、燃料配液导通孔19、燃料配液主道23进入燃料配液子道25，在燃料配液子道25与燃料集液子道26之间的压差及浓差的作用下，燃料均匀渗流扩散进入第一泡沫金属层27。

步骤S200：第一泡沫金属层内发生电化学反应：进入阴极第一泡沫金属层27中并均匀分布的氧化剂在催化剂28的催化作用下，发生电化学反应，生成阴极产物；进入阳极第一泡沫金属层27中并均匀分布的燃料在催化剂28的催化作用下，发生电化学反应，生成阳极产物；阴极及阳极中发生的电化学反应的同时放出热量导致双极板温度上升。

步骤S300：产物及未反应的反应物流出电极：在压差及浓差的作用下，未反应的氧化剂及阴极产物通过渗流扩散作用进入氧化剂集液子道14，汇流至氧化剂集液主道12后先后流经氧化剂集液导通孔10、氧化剂出流道16进入氧化剂集液腔4；在压差及浓差的作用下，未反应的燃料及阳极产物通过渗流扩散作用进入燃料集液子道26，汇流至燃料集液主道24后先后流经燃料集液导通孔20、燃料出流道18进入燃料集液腔6；

步骤S400：第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：第一泡沫金属层27中由电化学反应释放的热量经第一泡沫金属层27骨架及分隔板29以热传导及热辐射的方式向第二泡沫金属层30传递，并被第二泡沫金属层30中的相变材料31吸收；相变材料31吸热后发生相变反应，抑制双极板温度的上升。

步骤S500：冷却液均匀双极板的温度：冷却液经外部泵送进入冷却液配液腔7，流经多路并行的蛇形的冷却液流道21后进入冷却液集液腔8；在流动的过程中，冷却液与第二泡沫金属层30充分换热，既将反应物浓度高、反应快、温度高的区域的热量带离并输送至低温区域从而均匀了双极板的温度，又将整个双极板整体的多余热量带出双极板，维持双极板温度在适合催化剂28的工作温度区间内。

步骤S600：电堆再启动过程第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：电堆待机状态下，相变材料31向外放出热量并通过第二泡沫金属层30向第一泡沫金属层27传递，从而维持电极温度，以保证在电堆再启动过程中电堆的快速响应能力。

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：包括阴极板（1）和阳极板（2），阴极板（1）单面刻蚀有流道，阳极板（2）双面刻蚀有流道，所述的阴极板（1）和所述的阳极板（2）通过粘结剂紧密粘结形成双极板整体；所述的阴极板（1）和阳极板（2）上靠近一边顺序设置有贯穿阴极板（1）和阳极板（2）的氧化剂配液腔（3）、冷却液配液腔（7）、燃料配液腔（5），阴极板（1）和阳极板（2）上靠近另一边顺序设置有贯穿阴极板（1）和阳极板（2）的燃料集液腔（6）、冷却液集液腔（8）、氧化剂集液腔（4）；

所述的阴极板（1）正面主体区域分布有氧化剂配液主道（11）、氧化剂配液子道（13）、氧化剂集液主道（12）、氧化剂集液子道（14），其中所述的氧化剂配液主道（11）与所述的氧化剂配液子道（13）相连、所述的氧化剂集液主道（12）与所述的氧化剂集液子道（14）相连；所述氧化剂配液主道（11）与氧化剂配液腔（3）相连通，氧化剂集液主道（12）与氧化剂集液腔（4）相连通；所述的氧化剂配液主道（11）、氧化剂配液子道（13）组合为叶脉仿生形，所述的氧化剂集液主道（12）、氧化剂集液子道（14）组合为叶脉仿生形；

所述的阳极板（2）正面主体区域分布有冷却液流道（21）和冷却液流道肋板（22），冷却液流道（21）两端分别与冷却液配液腔（7）和冷却液集液腔（8）连通；所述的阳极板（2）背面主体区域分布有燃料配液主道（23）、燃料配液子道（25）、燃料集液主道（24）、燃料集液子道（26），其中所述的燃料配液主道（23）与所述的燃料配液子道（25）相连、所述的燃料集液主道（24）与所述的燃料集液子道（26）相连；所述燃料配液主道（23）与燃料配液腔（5）相连通，燃料集液主道（24）与燃料集液腔（6）相连通；所述的燃料配液主道（23）、所述的燃料配液子道（25）组合为叶脉仿生形，所述的燃料集液主道（24）、所述的燃料集液子道（26）组合为叶脉仿生形；

所述的阴极板（1）和所述的阳极板（2）均由第一泡沫金属层（27）和第二泡沫金属层（30）构成，所述的第一泡沫金属层（27）和所述的第二泡沫金属层（30）由分隔板（29）分隔开；所述的第一泡沫金属层（27）中负载有催化剂（28），所述的第二泡沫金属层（30）内填充有相变材料（31）。

2.根据权利要求1所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的氧化剂配液主道（11）截面积为与之相连的3条所述的氧化剂配液子道（13）截面积之和；所述的氧化剂配液子道（13）又自为叶脉仿生形；所述的氧化剂集液主道（12）截面积与所述的氧化剂集液子道（14）截面积相等；所述的氧化剂集液子道（14）又自为叶脉仿生形。

3.根据权利要求1所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的燃料配液主道（23）截面积为与之相连的3条所述的燃料配液子道（25）截面积之和；所述的燃料配液子道（25）又自为叶脉仿生形；所述的燃料集液主道（24）截面积与所述的燃料集液子道（26）截面积相等；所述的燃料集液子道（26）又自为叶脉仿生形。

4.根据权利要求2或3所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的阴极板（1）正面主体区域分布的所述的氧化剂配液主道（11）、所述的氧化剂配液子道（13）、所述的氧化剂集液主道（12）、所述的氧化剂集液子道（14）共同将所述的阴极板（1）正面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。

5.根据权利要求2或3所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的阳极板（2）背面主体区域分布的所述的燃料配液主道（23）、所述的燃料配液子道（25）、所述的燃料集液主道（24）、所述的燃料集液子道（26）共同将所述的阳极板（2）背面主体区域分割为大小、形状均一的具有活性的电化学催化反应区域。

6.根据权利要求5所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的阳极板（2）正面主体区域的冷却液流道（21）中的冷却液流动方向与所述的阴极板（1）正面的电化学催化反应区域及所述的阳极板（2）背面的电化学催化反应区域中的浓差方向相平行。

7.根据权利要求5所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的第一泡沫金属层（27）和所述的第二泡沫金属层（30）均为铜或铝材料；第一泡沫金属层（27）和所述的第二泡沫金属层（30）的孔隙率均为0.50~0.95。

8.根据权利要求5所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的催化剂（28）附着在所述的第一泡沫金属层（27）中，所述的催化剂（28）为碳载铂或碳载钯贵金属催化剂。

9.根据权利要求5所述的一种叶脉仿生压渗型三合一双极板，其特征在于：所述的第二泡沫金属层（30）的空腔内填充的相变材料（31）熔点在50~80℃。

10.如权利要求1-9任一项所述的叶脉仿生压渗型三合一双极板的工作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S100：燃料及氧化剂均匀分配进入电极：经外部泵送的氧化剂进入所述的氧化剂配液腔（3）流经氧化剂配液主道（11）进入氧化剂配液子道（13），在所述的氧化剂配液子道（13）与所述的氧化剂集液子道（14）之间的压差及浓差的作用下，氧化剂均匀渗流扩散进入所述的第一泡沫金属层（27）；经外部泵送的燃料进入所述的燃料配液腔（5）流经燃料配液主道（23）进入所述的燃料配液子道（25），在所述的燃料配液子道（25）与所述的燃料集液子道（26）之间的压差及浓差的作用下，燃料均匀渗流扩散进入所述的第一泡沫金属层（27）；

步骤S200：第一泡沫金属层内发生电化学反应：进入阴极板所述的第一泡沫金属层（27）中并均匀分布的氧化剂在所述的催化剂（28）的催化作用下，发生电化学反应，生成阴极产物；进入阳极板所述的第一泡沫金属层（27）中并均匀分布的燃料在所述的催化剂（28）的催化作用下，发生电化学反应，生成阳极产物；

步骤S300：产物及未反应的反应物流出电极：在压差及浓差的作用下，未反应的氧化剂及阴极产物通过渗流扩散作用进入所述的氧化剂集液子道（14），汇流至所述的氧化剂集液主道（12）进入所述的氧化剂集液腔（4）；在压差及浓差的作用下，未反应的燃料及阳极产物通过渗流扩散作用进入所述的燃料集液子道（26），汇流至所述的燃料集液主道（24）进入所述的燃料集液腔（6）；

步骤S400：第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：所述的第一泡沫金属层（27）中由电化学反应释放的热量经所述的第一泡沫金属层（27）骨架及所述的分隔板（29）以热传导及热辐射的方式向所述的第二泡沫金属层（30）传递，并被所述的第二泡沫金属层（30）中的所述的相变材料（31）吸收；所述的相变材料（31）吸热后发生相变反应，抑制双极板温度的上升；

步骤S500：冷却液均匀双极板的温度：冷却液经外部泵送进入所述的冷却液配液腔（7），流经多路并行的蛇形的所述的冷却液流道（21）后进入所述的冷却液集液腔（8）；冷却液与所述的第二泡沫金属层（30）充分换热维持双极板温度在适合所述的催化剂（28）的工作温度区间内；

步骤S600：电堆再启动过程第二泡沫金属层及其中的相变材料工作：电堆待机状态下，所述的相变材料（31）向外放出热量并通过所述的第二泡沫金属层（30）向所述的第一泡沫金属层（27）传递，保证电堆再启动过程中电堆的快速响应。

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