一种四合一电极燃料电池及其制备方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种四合一电极燃料电池及其制备方法。【【背景技术】】
[0002]为了缓解能源短缺、环境污染两大危机，燃料电池目前已成为科学研究的重点，其具有环保、高效、启动快等优点。传统的燃料电池一般采用平板型板框式结构，且阴、阳极流场，密封垫圈，支撑层，微孔层，阴、阳极催化层均独立制作，分散布置，组装电池时分层累加。这种分层结构导致电池组装过程工序冗杂，整体结构复杂，不利于电池的小型或微型化，且制作成本较高。
【
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于解决上述问题，提出一种四合一电极燃料电池及其制备方法，该燃料电池运用电极一体化制作技术。这使得该燃料电池的附加零件数量大为减少，从而有利于减小体积和重量，使其结构更加紧凑，同时也使得燃料电池的生产装配更加便利。
[0004]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现:
[0005]—种四合一电极燃料电池，包括贴合并起固定作用的上端板和下端板，上端板和下端板之间设置有相贴合的四合一阳极和四合一阴极，其中四合一阳极与上端板相扣合，四合一阴极与下端板相扣合，且四合一阳极和四合一阴极之间设置有阳离子交换膜。
[0006]本发明进一步的改进在于:
[0007]所述上端板的内侧开设有与四合一阳极尺寸一致的阳极槽，阳极槽上开设两个燃料孔。
[0008]所述燃料孔呈对角线分布，一个作为燃料进口，一个作为燃料出口。
[0009]所述下端板的内侧开设有与四合一阴极尺寸一致的阴极槽。
[0010]所述上端板和下端板均为方形，且四个顶角相同位置处均开设有端板固定孔，上端板和下端板贴合时，通过贯穿端板固定孔的螺栓密封固定。
[0011]所述四合一阳极包括一体化集成的阳极流场、阳极支撑层、阳极微孔层和阳极催化层；四合一阴极包括一体化集成的阴极流场、阴极支撑层、阴极微孔层和阴极催化层。
[0012]所述阳离子交换膜的尺寸大于四合一阳极和四合一阴极。
[0013]一种四合一电极燃料电池的制作方法，包括以下步骤:
[0014]I)使用三维建模软件建模，制作上端板和下端板；
[0015]2)采用泡沫导电材料制作阳极流场、阳极支撑层和阳极微孔层，同时使用浸润涂覆方法将阳极催化层与阳极微孔层耦合；
[0016]3)采用泡沫导电材料制作阴极流场、阴极支撑层和阴极微孔层，同时使用浸润涂覆方法将阴极催化层与阴极微孔层耦合；
[0017]4)将四合一阴极扣合在下端板的阴极槽中，然后再四合一阴极上依次叠放阳离子交换膜以及四合一阳极，再把上端板盖在四合一阳极上，使四合一阳极扣合在阳极槽中，最后将上端板和下端板的端板固定孔对齐，用螺栓固定，实现密封、紧固整个电池，完成整个电池的制作。
[0018]本发明进一步的改进在于:
[0019]所述步骤2)和步骤3)中，泡沫导电材料为泡沫镍或泡沫碳。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0021](I)四合一阳极，采用泡沫导电材料(例如泡沫镍或泡沫碳)代替传统的阳极流场、阳极支撑层和阳极微孔层，同时使用浸润涂覆方法将阳极催化层与微孔层耦合，使阳极结构更加简单、紧凑，重量减轻。
[0022](2)四合一阴极，采用泡沫导电材料(例如泡沫镍或泡沫碳)代替传统的阴极流场、阴极支撑层和阴极微孔层，同时使用浸润涂覆方法将阴极催化层与微孔层耦合，使阴极结构更加简单、紧凑，重量减轻。
[0023](3)端板电极槽与四合一电极的配合使用，通过阳离子交换膜和端板固定孔的设计，施加外力实现预紧及密封，摒弃了传统密封垫圈的单独设置，有利于系统的紧凑化和轻量化。
[0024](4)本发明的三维形貌，可根据实际需要任意改变。
【【附图说明】】
[0025]图1为本发明完整电池爆炸视图放大轴测图；
[0026]图2为本发明上端板放大轴测图；
[0027]图3为本发明四合一阳极功能示意图；
[0028]图4为本发明四合一阴极功能示意图；
[0029]图5为本发明下端板放大轴测图；
[0030]图6为本发明实例中所述结构与现有结构的V-1实验结果曲线对比图对；
[0031]图7为本发明实例中所述结构与现有结构的P-1实验结果曲线对比图。
[0032]其中:I为上端板;2为四合一阳极;3为四合一阴极;4为下端板;5为阳离子交换膜；6为端板固定孔;7为燃料孔;8为阳极槽;9为阴极槽；10为阳极流场；11为阳极支撑层；12为阳极微孔层；13为阳极催化层;14为阴极流场，15为阴极支撑层，16为阴极微孔层，17为阴极催化层；101和103为采用本发明实例中所述结构的实验曲线图；102和104为采用现有技术中结构的实验曲线图。
【【具体实施方式】】
[0033]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0034]参见图1，本发明包括上端板1、四合一阳极2、四合一阴极3，下端板4和阳离子交换膜5。
[0035]1.上端板I
[0036]如图2所示，上端板I包括端板固定孔6和燃料孔7，阳极槽8配合下端板4固定密封整个电池，同时经由燃料孔7控制电池启停。
[0037]2.四合一阳极2
[0038]四合一阳极2包括阳极流场10、阳极支撑层11、阳极微孔层12和阳极催化层13四合为一的制作方案。为了使燃料电池的结构更加紧凑，采用泡沫导电材料(例如泡沫镍或泡沫碳)代替传统的阳极流场、阳极支撑层以及阳极微孔层，并通过浸润涂覆的方式在阳极微孔层12上合成阳极催化层13，通过这种方式，使电池整体结构紧凑，零件减少，同时便于装配。
[0039]如图3所示，为四合一阳极2的功能示意图，本发明可将传统方案中复杂的阳极流场10、阳极支撑层11、阳极微孔层12以及阳极催