硅基微型直接甲醇燃料電池的研究.pdf

1、硅基微型直接甲醇燃料電池(簡(jiǎn)稱μ-DMFC),具有發(fā)電效率高、能量密度大、環(huán)境污染少、安全、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn),在小型民用電源和單兵攜帶電源上具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文研究運(yùn)用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù),對(duì)μ-DMFC進(jìn)行整體設(shè)計(jì)、制作與測(cè)試,并對(duì)μ-DMFC的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 首先,詳細(xì)說(shuō)明運(yùn)用MEMS技術(shù)制造硅基μ-DMFC的過(guò)程,并探討封裝結(jié)構(gòu)對(duì)其輸出性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)膠塊和夾具相結(jié)合

2、的封裝結(jié)構(gòu)可以有效避免μ-DMFC中甲醇溶液的滲漏,大大提升流場(chǎng)板的電流收集能力,顯著改善μ-DMFC的輸出性能。
　　 其次,制作透明流道的μ-DMFC,可以實(shí)時(shí)觀察CO2氣泡在流道內(nèi)的生成和分布狀況,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,存在著一個(gè)最佳流道寬度和最佳甲醇溶液的流速使得μ-DMFC輸出性能最優(yōu)。合理的流道寬度和甲醇流速對(duì)于獲得最優(yōu)的μ-DMFC輸出性能有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)陽(yáng)極流場(chǎng)板選用流道寬度為400μm,1mol/L甲醇溶液的流

3、速為1ml/min時(shí),μ-DMFC的輸出性能最優(yōu),最大輸出電壓約為0.5V,最大電流密度為49.11mA/cm2,最大輸出功率為4.62mW/cm2。
　　 最后,為了避免硅基流場(chǎng)板因?yàn)榉庋b壓力過(guò)大而破裂,在堆棧式μ-DMFC中,采用硅和PDMS材料分別制作陽(yáng)極和陰極流場(chǎng)板。重點(diǎn)解決基于PDMS陰極流場(chǎng)板金屬化能力弱的問(wèn)題。通過(guò)銅箔與陰極流場(chǎng)板一體成型、有機(jī)清洗和PDMS表面活化等改進(jìn)措施顯著提升了以PDMS材料所制備的陰極流場(chǎng)