[发明专利]一种四合一电极燃料电池及其制备方法

说明书

【技术领域】

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】

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】

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。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一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。

本发明进一步的改进在于：

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。

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。

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。

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。

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。

所述阳离子交换膜的尺寸大于四合一阳极和四合一阴极。

一种四合一电极燃料电池的制作方法，包括以下步骤：

1)使用三维建模软件建模，制作上端板和下端板；

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；

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；

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。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤2)和步骤3)中，泡沫导电材料为泡沫镍或泡沫碳。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)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。

(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。

(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。

(4)本发明的三维形貌，可根据实际需要任意改变。

【附图说明】

图1为本发明完整电池爆炸视图放大轴测图；

图2为本发明上端板放大轴测图；

图3为本发明四合一阳极功能示意图；

图4为本发明四合一阴极功能示意图；

图5为本发明下端板放大轴测图；

图6为本发明实例中所述结构与现有结构的V-I实验结果曲线对比图对；

图7为本发明实例中所述结构与现有结构的P-I实验结果曲线对比图。