[發明專利]在微通道中填充催化劑的方法

無效

• 申請號: 200710096459.6
• 申請日: 2007-04-18
• 公開（公告）號: CN101060176A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 河志元;吳龍洙;張宰爀;李弘烈;吉宰亨;金成漢
• 申請（專利權）人: 三星電機株式會社
• 主分類號: H01M8/06
• 分類號: H01M8/06;H01M8/04
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司
• 代理人: 韓明星;譚昌馳

技術領域

本發明涉及一種在微通道中填充催化劑的方法。更具體地講，本發明涉及這樣一種在微通道中填充催化劑的方法，該方法利用水和重力將用于重整燃料的催化劑更加高效、均勻和密實地填充到微通道中，從而獲得高效的重整效果并實現燃料電池的小型化。

背景技術

近來，小尺寸的便攜式電子裝置，包括移動電話、個人數字助理(PDA)、數字照相機、筆記本式計算機等的使用日益增加。尤其是，由于數字多媒體廣播(DMB)通過移動電話運行，所以需要使小尺寸的便攜式終端的功率容量增加。現在正在對到目前為止具有能夠觀看DMB?2個小時的容量的第二代鋰離子電池進行改進以提高其容量，但是也對具有更多的基礎溶液(fundamentalsolution)的小尺寸燃料電池寄予厚望。

為了實現這種小尺寸的燃料電池，可采用直接甲醇型燃料電池或重整制氫型燃料電池(RHFC)，在直接甲醇型燃料電池中，甲醇被直接供給到燃料電極中，在重整制氫型燃料電池中，從甲醇中提取氫并將氫供給到燃料電極。重整制氫型燃料電池與聚合物電極膜(Polymer?Electrode?Membrane，PEM)型電池一樣使用氫作為燃料，從而在輸出、單位體積的功率容量方面具有優點，并且除水之外，不需要反應物。然而，這種方法需要重整器，從而不利于小型化。

為了使燃料電池系統實現高功率輸出密度，需要重整器將液體燃料轉化為氣體燃料，諸如氫氣。重整器包括蒸發部分和重整部分，蒸發部分用于使甲醇氣化，重整部分在250℃至290℃的溫度范圍內經催化反應將甲醇轉化為氫。

在重整部分中，發生吸熱反應，并且溫度應該保持在250℃至290℃。

作為傳統的例子，第2003-048701號日本專利申請公布披露了一種如圖1所示的重整設備350。如圖1所示，這種傳統的微重整設備350具有在蒸發室352中的內腔354以及設置在內腔354中的用于蒸發燃料的加熱器356。在內腔354中安裝有燃料噴嘴358，以噴射作為燃料的甲醇和水的混合液體360。噴射的混合液體燃料360被加熱器356加熱并蒸發。

通過使混合液體360氣化而產生的氣體流過微通道362，并被形成在微通道362中的重整催化劑364重整為氫和二氧化碳。在這種重整設備350中，重整催化劑364被涂覆在微通道362的內側。

圖2顯示將重整催化劑涂覆在上述重整設備的微通道的內側的工藝過程。

實現這種工藝過程的最具代表性的方式為浸涂法，該方法需要依次在硅片400上形成Ta-Si-O-N以形成薄膜加熱器402，并濺射Au以形成電極層404，如圖2中的(a)所示。

此外，如圖2中的(b)所示，利用光刻法分別在薄膜加熱器402和電極層404上形成圖案。然后，如圖2中的(c)所示形成絕緣膜406，并利用光刻法在硅片400的相反側形成光刻膠。

此外，如圖2中的(d)所示，通過在硅片400的下表面進行噴砂處理形成通道410，如圖2中的(e)所示，硅片400被切成多件。

然后，如圖2中的(f)所示，在通道410中涂覆Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑層410。在這個步驟中，為了在通道410中選擇性地涂覆催化劑，將干膜光刻膠414施加到晶片中除通道410的部分以外的部分上。然后利用浸涂法在通道中形成Al₂O₃勃姆石(Boehmite)層411。這是為了增加催化劑和通道壁之間的粘合強度。

然后，在100℃的溫度下使Al₂O₃勃姆石層411干燥，然后利用浸涂法形成Cu/ZnO/Al₂O₃催化劑層412，如圖2中的(g)所示。在完成涂覆之后，該合成結構與耐熱玻璃基底(pyrex?glass?substrate)420陽極鍵合(anodic-bond)，從而完成重整器440，如圖2中的(h)所示。

然而，傳統的重整設備350和440在重整燃料氣體的工藝過程中效率低。即，燃料氣體在其通過重整設備的通道362和410時被重整，但是在傳統的重整設備350和440中，燃料氣體與催化劑層364和412的有限面積反應，因此降低了燃料氣體向氫的轉化率。

發明內容

提出本發明以解決現有技術中的上述問題，因此本發明的一方面在于提供一種在重整設備的微通道中填充催化劑的方法，所述方法能夠均勻并密實地將催化劑顆粒填充到重整設備的通道中，以增加催化劑顆粒與燃料進行反應的表面面積，從而獲得高效的重整效果。