高性能被动式微型直接甲醇燃料电池的设计及制作

对一种被动式微型直接甲醇燃料电池进行了设计、制作及测试.利用微模具成型工艺,以ABS为基底材料制作了电池双极端板.采用200 μm厚的不锈钢薄片作为集电极,利用激光切割技术制作进料通道,并在集电极两侧溅射金层以防止电化学腐蚀.有效面积为0.49 cm2的膜电极则采用催化剂覆盖电解质膜的方法制备而成.测试结果表明,室温环境下(25℃)该被动式微型直接甲醇燃料电池在甲醇浓度为6 mol/L时最大功率密度可达22.14 mW/cm2.该性能对于被动式直接甲醇燃料电池的便携式高性能应用具有较大意义.     

燃料电池实现商业化应用的大门正在打开--2005年全球燃料电池应用调查报告

燃料电池是一个将化学能直接转化为电能的电化学系统。依据所用电解质的不同，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）五类。近年来，由于PEMFC中的直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）具有激活速度快，使用的燃料为甲醇，具有储运方便且成本低等优势而倍受青睐，在全球国际大厂积极投入研发推波助澜下，技术进展迅速。     

微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构

针对微型直接甲醇燃料电池(DMFC)阳极传质效率低和性能差等问题,对DMFC阳极流场结构进行了研究.利用MEMS技术实现了具有点形、平行和蛇形等阳极流场结构的硅基自呼吸式DMFC,测试对比结果表明单蛇形流场结构性能要优于其他几种流场;另外,对单蛇形流场结构参数进行了优化,结果表明当流道宽度∶脊的宽度∶流道长度为2∶3∶254时,电池性能达到最佳.在此基础上,为了改善反应物到催化层的传质效率和提高性能,提出了一种渐缩式单蛇形流场结构,其电池最大输出功率密度达到15.41 mW/cm2,比传统等宽式单蛇形流场提高了将近35%,为便携式微能源系统的应用开发奠定了基础.     

紫外固化技术在微型直接甲醇燃料电池封装中的应用

为了提高燃料电池的有效面积比并减少封装用时,采用紫外固化技术成功封装了微型直接甲醇燃料电池.首先基于非硅MEMS工艺制作了带有封装孔的燃料电池集流板,然后组装燃料电池并在封装孔和两集流板间缝隙中注入紫外固化胶,最后用紫外灯照射30s完成封装.实验结果显示,电池在室温、全被动、3mol/L甲醇的条件下,峰值功率密度为2.1mW/cm^2,内阻为800mΩ.cm^2.这说明紫外固化封装技术对微型直接甲醇燃料电池来说是一种有效的方法,并有望应用于其他MEMS器件的封装.     

基于MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池的设计与制作

研制了一种硅基微型直接甲醇燃料电池,其具有结构简单、质量轻、体积小以及比能量密度高等特点对点型、螺旋蛇型和栅型等流场结构进行优化设计模拟,从而为燃料电池极板设计提供可靠的依据．利用MEMS技术完成了这种微型直接甲醇燃料电池的制作,在对不同流场结构的实验研究中,发现栅型流场结构的微型直接甲醇燃料电池性能要好于其他流场结构,这与仿真结果一致．在常温下,当甲醇溶液物质的量浓度为1．5mol／L时,微型直接甲醇燃料电池最大输出功率密度为5．9mW／cm^2．     

适用于微型燃料电池扩散层的多孔硅的可控制备工艺研究

多孔硅以其多孔结构及大的表面体积比等特点被认为是可在基于MEMS技术的微型燃料电池中代替碳 纸、碳布作为扩散层的材料. 本文考虑传统碳纸、碳布作为扩散层的要求, 并结合多孔硅材料的特点, 选用n<100>(0.04～0.15 Ω·cm)单晶硅进行了多孔硅制备工艺的研究; 考察了腐蚀液的浓度、电流密度和氧化处理时间对多孔硅的孔隙率、孔深度及氧化速率 的影响, 实现了多孔硅的可控制备. 孔隙率为40%、孔径为350～700nm、厚度为60μm的多孔硅膜电极经循环伏安测定, 在0.5mol/L H₂SO₄溶液中, 表现出与碳纸相近的电活性, 显示了潜在的应用价值.     

“吃”污泥的微型电站——在产生清洁电能方面，燃料电池效率极高

燃料电池将氢气（H2）的化学能量转化成电能和热能，电池是H2输入发生器。磷酸型燃料电池（PAFC）一直用于为医院、宾馆和办公楼提供电能和热水。最近，PAFC得到了进一步的发展，已经可以从下水道污泥和垃圾这样的废料中提取H2、以及生产诸如H2副产品这样的产品了。这些应用将使PAFC更加环境友好和更加经济，有助于创造一个可持续发展的社会。