其中，陽極或陰極是不通透的固體電極6或者允許流體通過的多孔電極7。陽極和陰極分別處于用隔板或導流板分開的設置有反應物、產(chǎn)物和電解液的出入口的兩個腔室內(nèi)(分別稱為陽極區(qū)和陰極區(qū))，陽極和陰極互稱為對電極。陽極的功能是，使進入陽極區(qū)的反應物在陽極上發(fā)生氧化反應；陰極的功能是，使進入陰極區(qū)的反應物在陰極上發(fā)生還原反應。導流板的功能是使原來集中的電解液分散在一個平面上，使得到達電極平面上各個位置的電解液以相同或相近的流速定向流動。電解液儲槽的功能是儲存電解液，減少電解液流動阻力。電解液循環(huán)裝置的功能為，使電解液從電解液槽流出，在陽極區(qū)(或陰極區(qū))電解液入口進入，在導流板的限定下無返混地流向對電極區(qū)，然后流出對電極區(qū)電解液出口進入電解液槽，方便電解液循環(huán)使用。電解液純化和產(chǎn)物分離系統(tǒng)的功能是凈化電解液、分離產(chǎn)物，它們被置于產(chǎn)生雜質或必須分離產(chǎn)物的電極區(qū)之后，這樣流出該電極區(qū)的電解液中的產(chǎn)物和雜質被分離和凈化，然后電解液進入后續(xù)的部件(對電極區(qū)或電解液槽)。電解液儲槽可以與電解液循環(huán)裝置、電解液凈化器和產(chǎn)物分離器合并為一體，即電解液循環(huán)裝置、電解液凈化器、產(chǎn)物分離器同時具有儲存電解液的功能；它們共同構成電解液循環(huán)、純化與產(chǎn)物分離系統(tǒng)。另外，外電路功能器件可以是用電器或電源。同時，可以采用計量泵或其它工具推動電解液以一定速度定向流動。
[0042]根據(jù)電極反應產(chǎn)物是否需要分離，電極(陽極或陰極)可分為簡單電極和復合電極兩類，其中，由簡單電極構成的仿生電化學池不包括上述的“電解液純化與產(chǎn)物分離系統(tǒng)”，而復合電極包括“電解液純化與產(chǎn)物分離器系統(tǒng)”，用于電極反應產(chǎn)生的產(chǎn)物或雜質的分離。至于電源、用電器等外電路，屬于外圍通用設備，本發(fā)明不做涉足。以下按照各部件分類進行敘述:
[0043]1.導流板
[0044]導流板在本發(fā)明中的作用是使原來集中的電解液分散在一個平面上然后再匯聚到一起，實現(xiàn)電極平面上各個位置的電解液以相同或相近的流速定向流動，非常關鍵。導流板I由限流板2和管路陣列3構成(管路陣列有數(shù)根相互平行的管子4組成)，它們相互垂直或者成一定角度，如圖1所示。圖1A是順著管子方向看的導流板的視圖，圖1B?ID是圖1A E-E方向的截面圖。其中，圖1B表示的是限流板與管路陣列垂直的情況，圖1C和ID是限流板與管路陣列不垂直的情況；特別的，圖1C表示了左側流體流動方向不需要控制的情況，因此管路陣列一端端部與限流板所在平面齊平，其余可以突出限流板所在平面。一般地，圖1B所示的導流板用于控制氣體流動的情況，圖1C和ID所示的導流板用于控制液體流動的情況。
[0045]導流板也可以根據(jù)需要做成其它形狀，如底面為長方形、橢圓的柱體。
[0046]2.簡單電極
[0047]簡單電極不包含電解液純化與產(chǎn)物分離器。該類電極上，反應物在電極上轉化為電解液成分，或者產(chǎn)物直接沉積在電極上而自然分離。根據(jù)電極反應的反應物的狀態(tài)，可以分為簡單氣體電極、簡單液體電極和簡單固體電極三類。對于前兩種電極，為了防止反應物與電解液之間的相互干擾，將反應物與電解液分置于電極的兩側，通過調(diào)節(jié)壓力使之在電極催化劑上接觸反應，形成的產(chǎn)物立即離開電極。為此，需要如圖2所示的裝置:在該裝置中，包括了一種多孔電極7，這樣氣體和液體能自由穿越，在電極催化劑的作用下與集流體發(fā)生電子傳遞，生成的產(chǎn)物直接進入電解液，然后經(jīng)導流板進入下一個功能區(qū)。這里導流板是一種裝了眾多管子(管路陣列)的限流板，它允許管子間的電解液經(jīng)管路陣列流到限流板的另一側，而不會發(fā)生返混。根據(jù)需要，管路陣列靠電極的一端所在的平面與電極所在的平面平行且相互間有一固定的距離。用于控制電解液流動的導流板的管路陣列與限流板成一定角度，以保證流動在每個管子中的電解液的壓力一致。
[0048]對于簡單固體電極，固體溶解進入電解液，或者相反，可以采用如圖3所示的裝置。
[0049]3.復雜電極
[0050]復雜電極是簡單電極與氣液、液液或固液分離器組合形成的電極，它用于電極反應產(chǎn)生氣體，或者與電解液不相容的液體，或者固體粉末的情況。因為這些氣體、液體和固體會干擾反應的進行，必須把分離出來使電解液得到純化。只有純化的電解液才可以到下一個電極。
[0051]4.電解液儲存及其循環(huán)器
[0052]使用計量泵或其它器件推動電解液流動。為了使電解液定向均衡流動，需要使用管道和導流板。根據(jù)需要，導流板除了包括圖1A-D所示的部件，還可以是簡單的平板(隔板5),以徹底將兩個電極區(qū)隔尚開，參見附圖6、8、9。
[0053]5.電解液純化和產(chǎn)物分離器
[0054]可以參照常規(guī)化工分離裝置設計和建造。
[0055]本發(fā)明的仿生電化學池使用時，將其電解液出入口與電解液儲槽連接。然后，根據(jù)電極反應的特點，讓電解液以指定方式無返混地流過電化學池的陽極(或陰極)區(qū)，然后再流向其對電極區(qū)，最后流出仿生電化學池；所述指定方式，是指根據(jù)需要，在電解液流經(jīng)電極前后(前方和/或后方)，增加數(shù)目不限的導流板、分離器和反應物添加器等部件，形成具有專門功能的區(qū)域，最終高效率地實現(xiàn)電化學反應的目的。
[0056]需要指出的是，本發(fā)明公開的仿生電化學池可以用于任何電化學反應，其所需要的部件根據(jù)反應特點靈活配置，每種器件使用的種類及其數(shù)量不限。多個仿生電化學池也可以串、并聯(lián)使用，形式不拘。對于反應物或產(chǎn)物來說，氣體和液體反應物可視為一類，裝置通用，固體則自成一類。下面給出幾種代表性的實例來說明所說的靈活配置是怎樣的:
[0057]實施例1.不消耗氣體和液體反應物的電化學反應過程
[0058]以電解精煉銅為例說明此類過程的仿生電化學池的設計。首先，電解銅的反應如下:
[0059]粗銅陽極:Cu= Cu2++2e
[0060]精銅陰極:Cu2++2e= Cu
[0061]總反應:Cu(粗)=Cu(純)
[0062]其電解液為CuSOjP H #04的混合液。因此，電解液從陰極的一端進入，其中銅離子獲得電子沉積在精銅陰極上，過剩的SO42-在導流板的控制下被電解液夾帶著從管路陣列無返混地流到粗銅板陽極，在那里SO42-與陽極氧化產(chǎn)生的Cu2+結合并離開陽極區(qū)。因為粗銅的陽極溶解過程會使一些其中含有的雜質脫落下來形成陽極泥，因此流過陽極的電解液需要先經(jīng)過一個固液分離器，在那里陽極泥被分離，然后再讓電解液又流入陰極區(qū)。如此電解液定向循環(huán)流動，使銅的精制過程得以持續(xù)(圖4)。在本裝置中，固液分離器同時也是電解液儲存器。
[0063]此類裝置，如用于產(chǎn)生與電解液不相溶的液體或氣體的反應，將固液分離器換做液液或氣液分離器；如產(chǎn)生的產(chǎn)物溶于電解液，則固液分離器換做任何適合的產(chǎn)物分離器。分離器也可以根據(jù)需要設置兩個或多個。
[0064]實施例2.僅在一個電極上消耗氣體或液體反應物的電化學反應過程
[0065]以犧牲鋅陽極CO2電化學還原反應為例說明。該反應為消耗氣體反應物CO2的電化學反應:
[0066]CO2陰極:2C02+2e = C2O42-
[0067]鋅陽極:Zn+C20廣=ZnC204+2e
[0068]總反應:Zn+2C02=ZnC 204
[0069]其電解液為無水的高氯酸四丁基銨的乙腈溶液。因此，CO2從多孔陰極的一側進入，電解液從多孔陰極的另一側進入，把反應產(chǎn)生的C2O42Il過管路陣列帶入陽極區(qū)；隨后，進入陽極區(qū)的含有C2042_電解液直接與金屬鋅接觸反應，然后將產(chǎn)生的ZnC2O4帶入固液分離器。ZnC2O4分離后得到的干凈電解液被泵入陰極區(qū)繼續(xù)使用(圖5)。
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