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CN107195922A - 一种可弯曲微流体无膜燃料电池 - Google Patents

一种可弯曲微流体无膜燃料电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其包括微流体无膜燃料电池主体，所述微流体无膜燃料电池主体由隔板与覆盖在所述隔板上的上、下两个盖板热压封装而成，所述隔板上开设有矩形流体流道，所述上盖板上设置反应液的入口和出口，所述下盖板的内表面上沉积有金属层作为金属电极，所述金属电极与外导线相连用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。本发明提供的可弯曲微流体无膜燃料电池，利用弯曲性能良好的PVC片材作为主体材料，采用极薄且牢固粘附在PVC片材表面的金属层作为金属电极，采用对冲型流道设计减小阴阳极反应液间接触界面的面积，在不同的弯曲状态下均能保持稳定的输出性能，可有效满足异形电子产品的能源需求。

Description

一种可弯曲微流体无膜燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种可弯曲微流体无膜燃料电池。
背景技术
随着便携式电子设备的发展与普及，智能手环、智能眼镜、弧形手机，智能穿戴式设备等异形电子产品不断出现。如何在不改变这些异形电子产品外形的同时满足其能源需求，是便携式电子设备领域亟待解决的问题之一。
在多种微型电源中，微流体无膜燃料电池利用流体在微通道中平行层流流动的特性来隔离燃料和氧化剂，免去了使用质子交换膜的需要，具有清洁、高效、结构简单、成本低廉等一系列优点而广受关注。
目前所发展的微流体无膜燃料电池多采用玻璃作为基板材料，聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为盖板材料，或全部采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为主体材料，但玻璃及PMMA均不具有可弯曲性。此外，在目前的微流体无膜燃料电池的流道设计中，阳极液与阴极液在微通道中平行层流流动时的接触界面较大，即使电池材料具有可弯曲性，电池弯曲时也会对阳极液与阴极液间的接触界面造成较大扰动，使得电池性能较差，无法满足异形电子产品的能源需求。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种可弯曲微流体无膜燃料电池，用以解决现有的微流体无膜燃料电池无法弯曲而在异形电子产品中应用受限的问题。
本发明提供一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其包括微流体无膜燃料电池主体，所述微流体无膜燃料电池主体由隔板与覆盖在所述隔板上的上、下两个盖板热压封装而成，所述隔板上开设有矩形流体流道，所述上盖板上设置反应液的入口和出口，所述下盖板的内表面上沉积有金属层作为金属电极，所述金属电极与外导线相连用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。
进一步地，所述的隔板与盖板材料为弯曲性能良好的PVC片材，厚度为0.5mm。
进一步地，所述的隔板上开有矩形通槽作为流体流道，流道长度为13mm，宽度为1mm。
进一步地，所述的上盖板上开有通孔作为反应液的出入口，所述通孔位于流体流道的上方，左右两个通孔分别为阳极液和阴极液的入口，中间的通孔为反应液的出口。
进一步地，所述的下盖板上沉积有两个长度为5mm，宽度为1mm的矩形钛-铂双金属层分别作为燃料电池的阳极和阴极，其中钛层为粘附层，厚度为5nm；铂层为催化层，厚度为50nm。
进一步地，阳极和阴极嵌入在流体流道下侧两边对称的位置，间隔为1mm。将阳极和阴极与外导线相连，连接处使用碳浆和银浆连接，用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。
有益效果：本发明采用弯曲性能优异的PVC片材作为微流体无膜燃料电池的主体材料，实现电池主体的可弯曲性；在PVC片材表面沉积极薄的钛-铂双金属层作为金属电极，利用钛层增强金属电极在PVC片材表面的粘附，实现电极的可弯曲性；采用对冲型流道设计，减小阳极液与阴极液间的接触界面，降低电池形状改变对阴阳极反应液间接触界面的影响，实现流体流道的可弯曲性。
本发明提供的可弯曲微流体无膜燃料电池，利用弯曲性能良好的PVC片材作为主体材料，采用极薄且牢固粘附在PVC片材表面的金属层作为金属电极，采用对冲型流道设计减小阴阳极反应液间接触界面的面积，在不同的弯曲状态下均能保持稳定的输出性能，可有效满足异形电子产品的能源需求。
附图说明
图1为本发明可弯曲微流体无膜燃料电池的组装机理图；
图2为本发明可弯曲微流体无膜燃料电池下盖板上沉积的金属电极的纵向截面示意图；
图3为本发明可弯曲微流体无膜燃料电池的纵向截面示意图。
附图中的标记为：1、下盖板，2、隔板，2-1、流体流道，3、上盖板，3-1、阳极液入口，3-2、阴极液入口，3-3、反应液出口，4、金属电极，4-1、金属电极中的钛层，4-2、金属电极中的铂层，5、外导线，6、阳极液，7、阴极液，67、阴阳极反应液接触界面。
具体实施方式
在图1中，本发明的可弯曲微流体无膜燃料电池主体包括隔板2与覆盖该隔板的两个盖板1和3。主体材料为弯曲性能良好的PVC片材，PVC片材厚度为0.5mm。隔板2上开有矩形通槽(长13mm，宽1mm)作为流体流道2-1，上盖板3上开有三个圆形通孔(半径0.25mm)作为反应液的出入口，通孔位于流体流道上方，左侧通孔为阳极液6的入口3-1，右侧通孔为阴极液7的入口3-2，中间的通孔为反应液的出口3-3。下盖板1内表面上沉积有两个矩形钛-铂双金属层(长5mm，宽1mm)作为金属电极4，两个金属电极嵌入在流体流道下侧两边对称的位置，间隔为1mm。金属电极4与外导线5相连，连接处用碳浆及银浆连接，用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。
在图2中，下盖板1内表面上沉积有钛-铂双金属层作为金属电极4，金属电极4的制备方法包括以下步骤：
(1)将下盖板1内表面上所有非电极区域覆盖一层PVC掩膜；
(2)通过电子束蒸镀技术在下盖板1内表面上先沉积一层厚度为5nm的钛层，再沉积一层厚度为50nm的铂层；
(3)去除下盖板1上覆盖的掩膜，得到特定尺寸形状的金属电极4。
在图3中，本发明的可弯曲微流体无膜燃料电池由隔板2与覆盖该隔板的两个盖板1和3热压封装而成。在电池的操作过程中，阳极液6和阴极液7分别从阳极液和阴极液入口进入电池，在流体流道中分别流经阳极和阴极后在流道中间的位置相遇。由于微尺度层流作用及扩散控制，阳极液和阴极液在相遇后的交界面会自动形成一条狭窄的液体分界面67，进而以平行层流流动的方式向上经反应液出口流出电池。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，包括微流体无膜燃料电池主体，所述微流体无膜燃料电池主体由隔板与覆盖在所述隔板上的上、下两个盖板热压封装而成，所述隔板上开设有矩形流体流道，所述上盖板上设置反应液的入口和出口，所述下盖板的内表面上沉积有金属层作为金属电极，所述金属电极与外导线相连用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。
2.根据权利要求1所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，所述的隔板与盖板材料为PVC片材，厚度为0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，所述的隔板上开有矩形通槽作为流体流道，流道长度为13mm，宽度为1mm。
4.根据权利要求1所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，所述的上盖板上开有通孔作为反应液的出入口，所述通孔位于流体流道的上方，左右两个通孔分别为阳极液和阴极液的入口，中间的通孔为反应液的出口。
5.根据权利要求1所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，所述的下盖板上沉积有两个长度为5mm，宽度为1mm的矩形钛-铂双金属层分别作为燃料电池的阳极和阴极，其中钛层为粘附层，厚度为5nm；铂层为催化层，厚度为50nm。
6.根据权利要求5所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，阳极和阴极嵌入在流体流道下侧两边对称的位置，间隔为1mm。
7.根据权利要求6所述的一种可弯曲微流体无膜燃料电池，其特征在于，阳极和阴极与外导线相连，连接处使用碳浆和银浆连接，用以引出燃料电池内产生的电能供外电路负载使用。
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