实现微型质子交换膜燃料电池的MEMS技术研究

论文摘要

本文研究了制备微型质子交换膜燃料电池(μPEMFC)单体以及六单体串联的电池组的MEMS相关技术。该种电池组利用氢/空气自呼吸的工作机制,并且在采用MEMS结构形成技术后,又具有平板式的结构,且体积小,重量轻,这些优点使其非常适合于集成在便携式电子设备中。当大批量制备时,MEMS方法价格低廉的优势同时体现出来。由于采用了微流体优化设计和MEMS加工技术,制备的电池组比功率高达0.21W/cm~3,是一种前景远大的微型电源。 论文各章节安排如下: 第一章为绪论。对微电子机械系统和燃料电池的发展状况等进行了综述。详细讨论了微型燃料电池的的研究现状。 第二章详细介绍了利用二维数学模型和计算流体力学的方法对电池内部的气体进行模拟,以此为基础对电池的阴、阳极板结构进行参数化设计,并设计了六单体电池组的气体分配器。 第三章详细介绍了硅基极板的制作流程及重点工艺步骤以及单体电池,电池组的封装方法。 第四章对电池组的性能进行了测试,通过测试结果分析了影响微型质子交换膜燃料电池性能的各种因素,同时,测试结果表明前期工作中的优化设计参数是正确的。 最后总结本文所做的工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 微电子机械系统（MEMS）技术综述
• 1.1.1 MEMS及其发展概述
• 1.1.2 MEMS器件及应用
• 1.1.3 MEMS制造技术
• 1.2 燃料电池（FC）概述
• 1.2.1 微型质子交换膜燃料电池（μPEMFC）
• 1.2.2 μPEMFC的核心部件
• 1.2.3 μPEMFC的建模分析
• 1.3 μPEMFC研究现状
• 1.4 本论文研究内容
• 2／Air自呼吸式单体μPEMFC和电池组设计原理'>第二章 H₂／Air自呼吸式单体μPEMFC和电池组设计原理
• 2／Air自呼吸式μPEMFC单体'>2.1 一种H₂／Air自呼吸式μPEMFC单体
• 2.2 μPEMFC极板的流场设计
• 2.2.1 μPEMFC模型思路
• 2.2.3 阴极极板的流场结构化设计
• 2.2.4 阳极极板的流场结构化设计
• 2.3 微型质子交换膜燃料电池组的设计
• 2.4 本章总结
• 2／Air自呼吸式μPEMFC单体和电池组的MEMS技术'>第三章 H₂／Air自呼吸式μPEMFC单体和电池组的MEMS技术
• 2／Air自呼吸式μPEMFC极板的工艺流程'>3.1 H₂／Air自呼吸式μPEMFC极板的工艺流程
• 3.2 硅的各向异性腐蚀中的凸角补偿技术
• 3.3 μPEMFC单体的封装
• 3.4 μPEMFC电池组的制作
• 3.5 本章总结
• 2／Air自呼吸式μPEMFC测试及性能分析'>第四章 H₂／Air自呼吸式μPEMFC测试及性能分析
• 4.1 μPEMFC测试仪器
• 4.2 流场形状对μPEMFC性能的影响
• 4.3 不同装配压缩比对μPEMFC性能的影响
• 4.4 流场腐蚀时间及导电层对μPEMFC性能的影响
• 4.5 氢气流量对μPEMFC性能的影响
• 4.6 寿命实验
• 4.7 电池组性能测试
• 4.8 本章结论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表的论文
• 致谢
• 个人简历
• 附件一 中国科学院上海微系统与信息技术研究所学位论文独创性声明及使用授权声明文本