基于氢氧燃料电池在便携器件和电动汽车方面等应用背景，为解决反应物均匀分布和液态水有效排出等问题，依照仿生思想的自然设计，参考人类肺的结构，优化设计一种仿生肺支气管和肺泡的分形结构模型。传统的加工工艺无法加工这种复杂分形结构，采用3D打印技术制备，并将其应用于质子交换膜燃料电池。

肺是组成呼吸系统的重要器官之一，功能主要是在人体内进行传输气体并进行气体交换。肺中的支气管经多次反复分枝成呈树状结构的无数毛细支气管，其末端膨大成肺泡，肺泡内的气体与毛细血管内的气体，通过扩散作用进行着氧气与二氧化碳的交换。肺通过控制肺内压力和大气压的变化所产生的压差，吸收O₂排出CO₂，实现人与外界的气体交换过程。

模拟肺的几何分形结构分布，设计一种树状几何分形流道。该种设计，分支流道较多且分布广泛，气流在进入流道后，沿分支通道与膜电极扩散层充分接触。众多分支通道，使流道内流体分散，流体的速度适当减缓，反应气体能均匀分布，降低系统熵值。阴极催化层电化学反应产生的水，短时堆积会改变树状几何分形流道的截面，使流速改变，加速反应堆积水的移动，有效排出反应产生的水，实现传质的作用。流道入口处和出口的压降较小，寄生功率损失较小，提高了电池性能。

   流场的设计是决定氢氧燃料电池的性能的关键。传统的流道设计，存在压降大、寄生功率损失大、反应物分布不均匀、反应生成的水不能及时排出等问题，影响氢氧燃料电池的性能甚至会造成损坏。设计高效排水，低压降的新型流道成为氢氧燃料电池研究的一个重要科研问题。承自然设计的仿生思想，利用3D打印技术制备的基于肺仿生树状几何分形流道，降低通道出入口压降，提升排水效率，减少功耗损失，提高氢氧燃料电池性能，更好的服务于新能源汽车等。

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衣宝廉；潘牧；Coppens Marc-Olivie