化层13合成一体，节省空间，简化结构，便于组装。
[0040]3.四合一阴极3
[0041]四合一阴极3包括阴极流场14、阴极支撑层15、阴极微孔层16以及阴极催化层17四合为一的制作方案。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)代替传统的阴极流场、阴极支撑层和阴极微孔层，并通过浸润涂覆的方式在阴极微孔层16上合成阴极催化层17，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。
[0042]如图4所示，为四合一阴极3的功能示意图，本发明将传统方案中复杂的阴极流场14、阴极支撑层15、阴极微孔层16以及阴极催化层17合成一体，节省空间，简化结构，便于组装。
[0043]4.下端板4
[0044]如图5所示，下端板4包括端板固定孔6，阴极槽9配合上端板I固定密封整个电池。
[0045]本发明还公开了一种四合一电极燃料电池的制备方法，具体包括以下步骤:
[0046]I)使用三维建模软件建模，采用有机玻璃材料，完成上端板和下端板的制作；
[0047]2)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，从而完成四合一阳极的制备；
[0048]3)采用泡沫导电材料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，从而完成四合一阴极的制备；
[0049]4)将四合一阴极、阳离子交换膜、四合一阳极依次叠放在下端板上，然后把上端板盖在四合一阳极上，将上下端板固定孔对齐，用螺栓固定，实现密封、紧固整个电池，完成整个电池的制作。
[0050]采用以上所述的四合一电极结构的燃料电池与采用现有技术中九层结构的燃料电池，在相同的实验条件下，即阳极反应物浓度为2.0M的乙醇与2.0M的氢氧化钠，阴极反应物浓度为1.0M的过氧化氢与1.0M的硫酸，得出的燃料电池电压随电流密度变化的实验曲线对比图(V-1曲线)，如图6所示;对比分析，相同电流密度下，优选实施例的电压高;得出的燃料电池功率密度随电流密度变化的实验曲线对比图(P-1曲线)，如图7所示;对比分析，相同电流密度下，优选实施例的功率密度高。
[0051]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
【主权项】
1.一种四合一电极燃料电池，其特征在于，包括贴合并起固定作用的上端板(I)和下端板(4)，上端板(I)和下端板(4)之间设置有相贴合的四合一阳极(2)和四合一阴极(3)，其中四合一阳极⑵与上端板(I)相扣合，四合一阴极⑶与下端板⑷相扣合，且四合一阳极⑵和四合一阴极(3)之间设置有阳离子交换膜(5)。2.根据权利要求1所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述上端板(I)的内侧开设有与四合一阳极(2)尺寸一致的阳极槽(8)，阳极槽(8)上开设两个燃料孔(7)。3.根据权利要求2所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述燃料孔(7)呈对角线分布，一个作为燃料进口，一个作为燃料出口。4.根据权利要求1所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述下端板(4)的内侧开设有与四合一阴极(3)尺寸一致的阴极槽(9)。5.根据权利要求1-4任意一项所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述上端板(I)和下端板(4)均为方形，且四个顶角相同位置处均开设有端板固定孔(6)，上端板(I)和下端板(4)贴合时，通过贯穿端板固定孔(6)的螺栓密封固定。6.根据权利要求1-4任意一项所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述四合一阳极(2)包括一体化集成的阳极流场(10)、阳极支撑层(11)、阳极微孔层(12)和阳极催化层(13);四合一阴极(3)包括一体化集成的阴极流场(14)、阴极支撑层(15)、阴极微孔层(16)和阴极催化层(17)。7.根据权利要求6所述的四合一电极燃料电池，其特征在于，所述阳离子交换膜(5)的尺寸大于四合一阳极(2)和四合一阴极(3)。8.—种如权利要求7所述四合一电极燃料电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)使用三维建模软件建模，制作上端板(I)和下端板(4); 2)采用泡沫导电材料制作阳极流场(10)、阳极支撑层(11)和阳极微孔层(12)，同时使用浸润涂覆方法将阳极催化层(13)与阳极微孔层(12)耦合； 3)采用泡沫导电材料制作阴极流场(14)、阴极支撑层(15)和阴极微孔层(16)，同时使用浸润涂覆方法将阴极催化层(17)与阴极微孔层(16)耦合； 4)将四合一阴极(3)扣合在下端板(3)的阴极槽(9)中，然后再四合一阴极(3)上依次叠放阳离子交换膜(5)以及四合一阳极(2)，再把上端板(I)盖在四合一阳极(2)上，使四合一阳极(2)扣合在阳极槽(8)中，最后将上端板(I)和下端板(4)的端板固定孔(6)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。9.根据权利要求8所述的四合一电极燃料电池的制作方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中，泡沫导电材料为泡沫镍或泡沫碳。
【专利摘要】本发明公开了一种四合一电极燃料电池，属于燃料电池领域，包括采用硬质非导电(例如有机玻璃)或导电(例如不锈钢)材料机械加工制成的作为密封紧固用的上下端板，四合一阴极、四合一阳极与阳离子交换膜前后相扣合。本发明对电极结构的设计，使得流场、支撑层、微孔层、催化层实现一体化制作，所述四合一电极，固定密封用上下端板均可在简单三维建模的基础上实现加工，使得整个燃料电池结构紧凑、简单，重量轻，体积小。
【IPC分类】H01M4/86, H01M4/88, H01M8/02
【公开号】CN105609803
【申请号】CN201610107322
【发明人】李印实
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年2月26日