[發明專利]一種輪輻式自呼吸微型燃料電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201010199711.8
• 申請日: 2010-06-13
• 公開（公告）號: CN101867052A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張宇峰;何洪;樊琪;王詩博;張博;劉曉為
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01M8/10
• 分類號: H01M8/10;H01M4/86;H01M8/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及電化學技術，具體說就是一種輪輻式自呼吸微型燃料電池及其制備方法。

(二)背景技術

燃料電池將燃料和氧化劑的化學能轉換為電能，不受卡諾熱機循環的限制，只要提供燃料即可發電。它具有能量轉換效率高、環境友好、安靜和可靠性高等特點。正是由于這些突出的優越性，燃料電池技術的研究與開發備受各國政府與公司的青睞，被認為是21世紀首選的、潔凈的、高效的發電技術。微型直接甲醇燃料電池由于甲醇燃料來源豐富，價格便宜，理論比能量密度高，便于攜帶，整個電池具有結構簡單、方便靈活等特點，具有廣闊的應用前景。燃料電池的研究與開發，不僅有利于能源工業和電池工業的發展，而且必將推動電子工業、材料工業、醫療通訊等領域的技術進步，對提高資源利用率和解決環境污染問題等國家戰略需求具有重要意義。然而加工用于便攜式能源的微型燃料電池，并不是單一的降低電池的物理尺寸那么簡單，目前質子交換膜燃料電池的研究主要存在以下問題：(1)自呼吸燃料電池陰極反應氣體為空氣，氧氣含量有限，限制了氧與質子的還原反應，降低了電池的性能。(2)傳統的自呼吸燃料電池陰極結構會導致氣體分布不均勻。(3)陽極反應產生的質子電拖曳大量的水透過質子交換膜。陰極由于反應生成水再加上通過電拖曳到達陰極的水造成陰極大量水存在。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種利用微細精密加工技術的輪輻式自呼吸微型燃料電池及其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：一種輪輻式自呼吸微型燃料電池，它是由陽極端板、陽極極板、膠墊、膜電極、陰極極板和陰極端板組成的，陽極端板連接陽極極板，陽極極板連接膠墊，膠墊分別連接膜電極和陰極極板，陰極極板連接陰極端板。

所述的陰極極板包括氣體直孔通道和輪輻溝道，氣體直孔通道連接輪輻溝道。

一種輪輻式自呼吸微型燃料電池的制備方法，工藝流程如下：清洗硅片；利用低壓化學氣相淀積法在硅片表面制備作為腐蝕掩模的氮化硅Si₃N₄薄膜；利用光刻技術在薄膜上形成掩模圖形，以實現選擇腐蝕的目的；采用40％的KOH溶液對硅片進行各向異性腐蝕；利用反應離子刻蝕法去除硅片表面殘留Si₃N₄薄膜；采用激光加工技術在硅片表面形成側壁陡直的進出口通道；利用磁控濺射技術在硅片腐蝕面形成Ti/Au的金屬層，用以收集和傳導電流；這樣電池硅基陰陽極極板加工完成；如極板材料是金屬，則采用沖壓不銹鋼的方法制作陰極極板和陽極極板；根據具體的設計需要可以選擇不同的輻條寬度和溝道深度，輻條數目為1條或2條或多條，每一排輻條溝道的尺寸是均勻或是漸變的；陽極極板安裝在導流有機玻璃上，利用微機械加工的方法在此導流有機玻璃制作成導流通道和有選擇性開口的進液口，封裝所用的陰極端板和陽極端板，利用微細精密加工技術加工高分子材料制成，將電池各部分組件固定好，保證電池不會漏液及陰，陽極連接的緊密性。

本發明一種輪輻式自呼吸微型燃料電池及其制備方法，采用微細精密微細加工技術加工的輪輻式陰極結構具有以下優點：(1)陰極結構溝道與擴散層的接觸面積很大，使氧氣能夠更充分的進行反應。(2)相對于傳統的陰極結構，輪輻式陰極結構在氣體分布的均勻性上有了明顯的改善。(3)輪輻式陰極結構由于其高溫高壓特性，造成生成水的擴散以及汽化速率加快，從而便于后續水的收集和排出。

利用微細精密加工技術加工高分子材料(如有機玻璃、塑料等)制成電池支撐極板和導流極板，形成了新穎的封裝和進液方式，節省了電池組的體積，有利于批量加工和電池的連接。本發明結構緊湊、有效降低電池內阻、工藝流程簡單、制造成本低、確保成品率、占用空間小，節省體積。

(四)附圖說明

圖1為本發明的整體結構圖；

圖2為本發明的陰極極板電極接觸面結構示意圖；

圖3為本發明的陰極極板空氣接觸面結構示意圖；

圖4為本發明的陰極極板結構之反面示意圖；

圖5為本發明的陰極極板結構之正面輻條數為1的示意圖；

圖6為本發明的陰極極板結構之正面輻條數為2的示意圖；

圖7為本發明的陰極極板結構之正面輻條數為4的示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。