環(huán)氧樹脂封裝微型甲醇燃料電池的力學—電學性能研究.pdf

1、微型直接甲醇燃料電池(Micro Direct Methanol Fuel Cell，μDMFC)因具有常溫工作、污染小、能量密度高等優(yōu)勢，其在為便攜式電子產(chǎn)品、微機電系統(tǒng)等領域提供能源方面有著良好的應用前景。環(huán)氧樹脂封裝μDMFC借鑒微電子及MEMS工藝發(fā)展而來，與其他μDMFC封裝方法相比，能進一步提高電池比能量。但環(huán)氧樹脂具有蠕變特性，因此電池內(nèi)部應力在封裝過程中以及封裝完成后的遷變會導致MEA工作平面上的壓力偏離最佳值，從而降低

2、了電池性能，縮短了電池壽命。針對這一問題，本文設計并制作了不同封裝結構的μDMFC，并對其進行長期交流阻抗和極化曲線測試，研究了不同封裝結構對電池性能及其衰減過程的影響。
　　首先，設計了μDMFC的環(huán)氧樹脂高溫固化封裝工藝。充分考慮液態(tài)環(huán)氧樹脂泄漏、固化成型、脫模等問題，該工藝首先將預組裝好的μDMFC放置在組合式模具中，然后將液態(tài)環(huán)氧樹脂注入到模具，最后在壓力平臺上完成封裝。
　　其次，設計了四種帶有凸起結構的端板用于環(huán)

3、氧封裝μDMFC，并對封裝過程進行力學仿真。仿真結果表明，因為彈性恢復，剩余法向平均應力小于初始封裝壓力。初始封裝壓力為2.0MPa時，封裝完后MEA工作平面平均法向應力接近最優(yōu)封裝壓力值1.5MPa，因此將2.0MPa作為初始封裝壓力值。端板上凸起結構對法向應力及其分布有重要影響，雖然分布9個凸起的端板封裝的電池剩余封裝壓力最接近1.5MPa，但其法向應力標準差為0.65MPa，較大的應力標準差說明其應力分布不均勻。綜合考慮剩余法向應

4、力大小和分布以及接觸電阻大小，16個和25個凸起的端板適于μDMFC環(huán)氧樹脂封裝。
　　最后，研究了環(huán)氧封裝μDMFC的交流阻抗特性和性能衰減。初始時刻交流阻抗譜等效電路擬合結果表明，電池封裝完初始時刻的電池內(nèi)阻Rs、傳質(zhì)阻抗Rmt及電荷轉移阻抗Rct與MEA工作平面上法向應力及分布有關，而法向應力大小及其分布與端板結構密切相關。因應力分布不均勻，9點凸起的端板封裝的電池內(nèi)阻增加迅速，20天時由1.02Ω增加到2.1Ω，100天后