專(zhuān)利名稱(chēng)：微型液體甲醇燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是燃料電池，具體地說(shuō)是一種采用微機(jī)械加工(MEMS)工藝技術(shù)加工的微型液體甲醇燃料電池。
背景技術(shù)：
甲醇燃料電池(DMFC)作為一種微型便攜式能源，有其內(nèi)在的優(yōu)勢(shì)。較高的比能量和能量轉(zhuǎn)化效率是人們感興趣的主要原因。同時(shí)固定的外部結(jié)構(gòu)和可隨時(shí)填充的液體燃料，也為用戶(hù)提供了便利條件。目前的燃料電池的主要結(jié)構(gòu)包括一個(gè)膜電極和位于膜電極兩側(cè)的雙極板。其雙極板是采用石墨材料制成的，不適合于加工制作用于便攜式能源的微型燃料電池。例如，石墨流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的加工，會(huì)受石墨的脆性和模具的限制。并且其密封問(wèn)題也難以解決。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供可以采用微機(jī)械加工(MEMS)工藝加工，便于批量制造，性能可靠的微型液體甲醇燃料電池。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括一個(gè)膜電極和位于膜電極兩側(cè)的雙極板，其特征是雙極板的與膜電極相對(duì)應(yīng)的一側(cè)上含有與膜電極相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)、另一側(cè)上含有與流場(chǎng)相通的液體導(dǎo)流通道，流場(chǎng)中設(shè)置有支撐點(diǎn)，流場(chǎng)上淀積有作為收集電子及電池電極引出線(xiàn)的金屬薄膜，雙極板外鍵合有玻璃密封層，雙極板與膜電極組裝在一起，其端部有密封樹(shù)脂膠。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、所述的雙極板材料是硅基半導(dǎo)體材料<100>。
2、所述的流場(chǎng)中的支撐點(diǎn)呈點(diǎn)式分布。
3、所述的流場(chǎng)中的支撐點(diǎn)呈蛇形分布。
微機(jī)械加工(MEMS)工藝使用光刻、腐蝕和化學(xué)氣相淀積等技術(shù)，在批量制造微系統(tǒng)的微結(jié)構(gòu)上有明顯的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)工藝相比，更適于用來(lái)加工微電池結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)極板材料的選擇，電池結(jié)構(gòu)以及密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等，使微型液體甲醇燃料電池可以采用微機(jī)械加工工藝來(lái)加工。電池使用甲醇水溶液作為燃料，氧氣由大氣供給，自然散熱。此種電池的整體厚度小于3mm。同時(shí)，通過(guò)半導(dǎo)體工藝技術(shù)和MEMS工藝技術(shù)加工制作的雙極板，可以有效的完成流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和電流收集，并可有效縮小燃料電池的體積。其主要優(yōu)點(diǎn)可以歸結(jié)為
1、便于批量加工，工藝流程簡(jiǎn)單，制造成本低；2、易于設(shè)計(jì)微型液體甲醇燃料電池的平面陣列；3、可增加電池的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，微化液體甲醇燃料電池，并保持其性能。
由于電池特有的電化學(xué)反應(yīng)，其單池輸出電壓有限(DMFC小于1.2V)。根據(jù)需要可以采用多個(gè)單電池串聯(lián)起來(lái)以獲得較高的輸出電壓。其串聯(lián)結(jié)構(gòu)可以使用FLIP-FLOP結(jié)構(gòu)，保證質(zhì)子交換膜的完整性，具有較小的電池內(nèi)阻和單側(cè)功率輸出。當(dāng)然根據(jù)需要，也可以在本發(fā)明的單電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行并聯(lián)組合。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是多點(diǎn)型單電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的后視圖；圖4是圖2的俯視圖；圖5是蛇形單電池雙極板的正面流場(chǎng)光刻版示意圖；圖6是蛇形單電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的后視圖；圖8是圖6的俯視圖；圖9是多點(diǎn)型并聯(lián)電池雙極板流場(chǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；(五)具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1、2、3和4，本發(fā)明的第一種實(shí)施方案的組成包括一個(gè)膜電極11和位于膜電極兩側(cè)的雙極板12、13。雙極板與膜電極相對(duì)應(yīng)的一側(cè)上含有與膜電極相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)4、另一側(cè)上含有液體導(dǎo)流通道6。液體導(dǎo)流通道與流場(chǎng)之間通過(guò)進(jìn)、出液孔3相通。流場(chǎng)中設(shè)置有支撐點(diǎn)5，支撐點(diǎn)呈點(diǎn)式分布，且為均勻有規(guī)則的分布。流場(chǎng)上淀積有作為收集電子及電池電極引出線(xiàn)的金屬薄膜1。雙極板外鍵合有玻璃密封層2。雙極板與膜電極組裝在一起，其周邊有密封樹(shù)脂膠14。雙極板材料是硅基半導(dǎo)體材料<100>。膜電極為兩側(cè)帶有催化層15、16的MEA膜。
結(jié)合圖5、6、7和8，本發(fā)明的第二種實(shí)施方案是將流場(chǎng)中的支撐點(diǎn)設(shè)計(jì)成呈蛇形分布。其他結(jié)構(gòu)以第一種實(shí)施方案相同。
結(jié)合圖9，本發(fā)明可以實(shí)施電池的并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其串聯(lián)結(jié)構(gòu)有兩種實(shí)施方案一是使用FLIP-FLOP結(jié)構(gòu)，保證質(zhì)子交換膜的完整性，具有較小的電池內(nèi)阻和單側(cè)功率輸出。二是將單電池或圖5并聯(lián)的電池組進(jìn)行外部串聯(lián)連接。
權(quán)利要求
1.一種微型液體甲醇燃料電池，包括一個(gè)膜電極和位于膜電極兩側(cè)的雙極板，其特征是雙極板與膜電極相對(duì)應(yīng)的一側(cè)上含有與膜電極相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)、另一側(cè)上含有與流場(chǎng)相通的液體導(dǎo)流通道，流場(chǎng)中設(shè)置有支撐點(diǎn)，流場(chǎng)上淀積有作為收集電子及電池電極引出線(xiàn)的金屬薄膜，雙極板外鍵合有玻璃密封層，雙極板與膜電極組裝在一起，其端部有密封樹(shù)脂膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型液體甲醇燃料電池，其特征是所述的雙極板材料是硅基半導(dǎo)體材料<100>。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體甲醇燃料電池，其特征是所述的流場(chǎng)中的支撐點(diǎn)呈點(diǎn)式分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型液體甲醇燃料電池，其特征是所述的流場(chǎng)中的支撐點(diǎn)呈蛇形分布。
全文摘要
本發(fā)明是一種微型液體甲醇燃料電池。包括一個(gè)膜電極和位于膜電極兩側(cè)的雙極板，雙極板與膜電極相對(duì)應(yīng)的一側(cè)上含有與膜電極相對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)、另一側(cè)上含有與流場(chǎng)相通的液體導(dǎo)流通道，流場(chǎng)中設(shè)置有支撐點(diǎn)，流場(chǎng)上淀積有作為收集電子及電池電極引出線(xiàn)的金屬薄膜，雙極板外鍵合有玻璃密封層，雙極板與膜電極組裝在一起，其端部有密封樹(shù)脂膠。此種電池的整體厚度小于3mm。同時(shí)，通過(guò)MEMS工藝技術(shù)加工制作的雙極板，可以有效的完成流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和電流收集，并可有效縮小燃料電池的體積和便于批量加工。
文檔編號(hào)H01M4/86GK1595702SQ200410043700
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者劉曉為, 張國(guó)威, 田麗, 王喜蓮 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)