基于微结构的自呼吸式微型直接甲醇燃料电池.doc

  基于微结构的自呼吸式微型直接甲醇燃料 电池# 1 1 2**  5 10 15 20  （1. MEMS 中心，哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001； 2. 哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨,150001） 摘要：本文设计、制造了一种新型的自呼吸式微型甲醇燃料电池的微结构，并对其进行了测试。结合 PCB 技术的新型集流板使得这种结构更加一体化，并且没有漏电损失。测试结果显示，这种新型直接甲醇燃料 电池在温度为 65，甲醇浓度为 2mol/L 的条件下，可以达到最大功率密度，为 85.93mW/cm2，能量转换效 率达到 26.06%。 关键词：微型直接甲醇燃料电池，微结构，集流板 中图分类号：TM911 Micro sized configuration for self-breathing μDMFC Liu Xiaowei1, ZHANG Yufeng1, ZHENG Xue2 (1. MEMS Center,Harbin Institute of Techonology,Harbin 150001; 2. Harbin Institute of Technology,Harbin 150001) Abstract: In this paper, a self-breathing μDMFC with micro sized configuration is designed, fabricated and tested. The novel current collectors combining with PCB technology make the configuration more integrated without extra power loss. Result data shows that this novel μDMFC achieves its maximum power density of 85.93 mW/cm2 at 65℃ and 2M methanol concentration. And the energy efficiency is 26.06 %, which exhibits an excellent potential as a candidate for future portable power sources. Key words: Micro direct methanol fuel cell, micro sized configuration, current collector 25 0 引言 基于 MEMS 技术的微型甲醇燃料电池（μDMFC）已经不仅限于军用，同时也具有广泛 的民用便携式用途[1]。由于它很高的能量转换效率，简单的结构，较低的操作温度，较高的 30 能量密度，可利用的燃料种类广泛以及快速的充电时间[2 ，3] ，微型直接甲醇燃料电池被认为 是未来便携式能源领域最具优势的发展对象之一。根据燃料供给方式的不同，微型直接甲醇 燃料电池可以被分成主动式和被动式两种。为了更好的利用 μDMFC，没有微泵和鼓风机等 外界设备的被动式 μDMFC 经过大量的研究，已经得到很好的优化，最终能够达到能量密度 的提升和能量耗损的下降的效果[4-8]。 35 和主动式 μDMFC 相比，被动式 μDMFC 的燃料槽被直接固定在阳极，因此可以达到更 大程度的集成化。在被动式 μDMFC 中，由于外界的附加设备都被移除了，燃料供给是通过 甲醇原子从储液腔中的扩散作用。为了确保高效率的甲醇扩散以及避免阳极 CO2 的积累和 阴极的水淹情况，燃料电池集流板板的设计显得尤为重要。 通常情况下，新型集流板既包括采用新型的材料[7 ，8] ，也包括集流板的加工方法—或者  基金项目：高校博士点基金：新型被动式微型直接甲醇燃料电池研究（20102302110026） 作者简介：刘晓为(1955-)，男，教授，MEMS 技术 通信联系人：张宇峰（1976-），男，教授，MEMS 微能源. yufeng_zhang@hit.edu.cn -1-   40 45 50  是用金属极板如不锈钢，经机械加工制造或者是采用硅材料通过 MEMS 技术微机械加工而 成[9-11]。硅基集流板的优点是低成本、易于加工，缺点是硅材料的易碎性。同时，金属极板 的优点则在于较高的电流传导率和高的机械强度是，而加工成本相对高以及加工难度大成为 其缺点。考虑到微型直接甲醇燃料电池的后续 MEMS 技术应用，因此把集流板和其他电子 器件或者芯片集成在一起是非常必要的。因此，最大限度的减小燃料电池的体积以使其更容 易的被应用在多种供电场合中，是我