[发明专利]一种含碳纳米管立体电极的微型无膜燃料电池及其制备方法

权利要求书

1.一种含碳纳米管立体电极的微型无膜燃料电池，其特征在于，所述微型无膜燃料电池的基板材料表面上有金属电极引线，所述金属电极引线上定位生长有多个碳纳米管立体电极和多个碳纳米管导流网板，所述碳纳米管立体电极上负载有催化剂，所述基板材料与含有沟槽的盖片粘结封装后得到微型无膜燃料电池。

2.根据权利要求1所述微型无膜燃料电池，其特征在于，所述基板材料为硅片或玻璃片。

3.根据权利要求1所述微型无膜燃料电池，其特征在于，所述金属电极引线为铬-金双层金属电极引线。

4.根据权利要求1所述微型无膜燃料电池，其特征在于，所述碳纳米管立体电极是由众多碳纳米管成束状构成，每一个碳纳米管立体电极的面积为20～10000μm²，高为20～200μm，碳纳米管立体电极与碳纳米管立体电极之间的间距为20～100μm，所述碳纳米管导流网板由碳纳米管组成，呈线条型，每一个导流网板的宽度为10～50μm，高为20～200μm，导流网板与导流网板之间的间距为20～100μm。

5.根据权利要求1所述微型无膜燃料电池，其特征在于，所述催化剂为铂、钯、铜、金、银的金属催化剂或合金催化剂。

6.根据权利要求1所述微型无膜燃料电池，其特征在于，所述沟槽的深度与碳纳米管电极和碳纳米管导流网板的高度一致，所述沟槽的长宽尺寸与金属电极引线上定位生长的碳纳米管电极和碳纳米管导流网板的区域尺寸相一致。

7.如权利要求1～6（任一项）所述含碳纳米管立体电极的微型无膜燃料电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）在基板材料上制备金属电极引线；

（2）采用微接触印刷法，利用PDMS转移印章在上述金属电极引线上印刷用于催化碳纳米管生长的催化剂浆料，所述催化剂浆料在金属电极引线上的印刷位置由碳纳米管立体电极和碳纳米管导流网板在金属电极引线上的位置决定；

（3）在上述印刷有催化剂浆料的金属电极引线上，采用化学气相沉积法定位生长碳纳米管立体电极和碳纳米管导流网板；

（4）在上述碳纳米管立体电极上负载用于氧化燃料和还原氧化剂的催化剂；

（5）将含沟槽的盖片与基板材料粘结封装后，得到含碳纳米管立体电极的微型无膜燃料电池。

8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述催化剂浆料为铁、钴、镍纳米金属颗粒或含铁、钴、镍的金属盐与有机粘接剂的混合物，所述有机粘接剂为聚乙二醇或聚丙烯酰胺。

9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法为微波等离子体化学气相沉积法、或射频等离子体化学气相沉积法，所述微波等离子体化学气相沉积法的操作条件为：腔体压力0.2～8kPa，碳源流量1～5sccm，氢气流量20～100sccm，时间10～80min，微波功率为300～800W，所述射频等离子体化学气相沉积法的操作条件为：腔体压力0.2～8kPa，碳源流量1～5sccm，氢气流量20～100sccm，时间10～80min，射频功率为200～450W；所述碳源为甲烷、丙酮、或乙醇。

10.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤（4）所述负载催化剂的方法为：将生长有碳纳米管和导流网板的基板材料浸泡于含有铂、钯、铜、金、和/或银的盐溶液中，浸泡5～24小时，取出晾干后利用氢等离子体、氢气或硼氢化钠还原，获得负载在碳纳米管上的金属催化剂或合金催化剂；或以金属电极引线为负极，将基板材料置于电镀槽中，以含有铂、钯、铜、金、和/或银的盐溶液为电镀液，通过电镀获得负载在碳纳米管上的金属催化剂或合金催化剂。