刘晓为，张宇峰，郑雪基于微结构的自呼吸式微型直接甲醇燃料电池#112**5101520（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：TM911Microsizedconfigurationforself-breathingµDMFCLiuXiaowei1,ZHANGYufeng1,ZHENGXue2(1.MEMSCenter,HarbinInstituteofTechonology,Harbin150001;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Inthispaper,aself-breathingμDMFCwithmicrosizedconfigurationisdesigned,fabricatedandtested.ThenovelcurrentcollectorscombiningwithPCBtechnologymaketheconfigurationmoreintegratedwithoutextrapowerloss.ResultdatashowsthatthisnovelμDMFCachievesitsmaximumpowerdensityof85.93mW/cm2at65℃and2Mmethanolconcentration.Andtheenergyefficiencyis26.06%,whichexhibitsanexcellentpotentialasacandidateforfutureportablepowersources.Keywords:Microdirectmethanolfuelcell,microsizedconfiguration,currentcollector250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-。404550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，是我们研究的目的。本文针对燃料电池的微小结构，制作了一种新型的集流板。这种新型的集流板采用了印刷电路板（PCB）技术和不锈钢材料来修饰集流板，其中PCB板起到了降低成本和容易加工的优点。更重要的是，由于PCB技术较高的机械强度和易于集成化的优点，我们采用了一种新型的封装方法。最后，为了便于评估这种微型直接甲醇燃料电池的微小结构的性能，我们在不同的甲醇浓度和温度的条件下，对它进行了极化测试。1制造和封装被动式μDMFC包括一个燃料储液腔，一个阳极集流板，一个阴极集流板和膜电极组件（MEA）。本文精心设计的集流板使得这种结构更易于实现集成化。551.1集流板的设计和制造集流板的所有与外界接触部分都是由厚度为300μm的316L不锈钢制作的，其上溅射了一层了200nm的Au，为...