[发明专利]一种微流道流场板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种新型的微流道流场板及其制备方法，包括阳极流场板和阴极流场板，所述阴极流场板的表面均匀设置有连通其输入孔和输出孔且肋宽与流道宽度均为0.5~1.5mm的阴极微流道，所述阴极微流道表面设置有疏水层；所述阳极流场板的表面平行设置有分别连通其输入孔和输出孔的两主流道，两主流道之间均匀设置有宽度和深度向一端渐变的正三棱台状样阳极微流道，所述阳极微流道的表面设置有金属防护膜。本发明即缓解了阳极产物堵塞甲醇传递通道的情况，又作为阻醇结构有效减少甲醇穿透现象，实现高浓度甲醇反应。阴极侧微流道提高了氧气的进给压力，加快水的排出，同时经过疏水性表面处理，实现“水反补”功效，从而提高电池综合性能。

技术领域

本发明涉及直接甲醇燃料电池技术领域，具体是一种微流道流场板及其制备方法。

背景技术

燃料电池产生的电能直接由原料本身的化学能直接转化而来，并且具有较高的能量密度、较低的环境污染性，再加上原料的丰富性等优势，受到了越来越多的关注。其中，相比属于质子交换膜燃料电池中氢燃料电池的氢原料制取成本高、储运危险以及使用条件苛刻等诸多因素，属于同类的直接甲醇燃料电池以甲醇为阳极原料，因其工作温度低(一般在室温工作)、理论比能量高、携带方便和使用安全等特点有着良好的应用前景，被业界认为是最有希望率先实现市场化的一类燃料电池。

然而在直接甲醇燃料电池研发与使用过程中也出现了许多亟待处理的问题。一方面阳极二氧化碳堵塞和阴极水淹，属于产物管理问题，产物生成后，通过渐扩型微流道进入到流场中，合适的渐扩型和流场结构将有助于产物及时有效脱离和排出，否则将会影响反应物的分布，甚至完全阻隔，无法为电化学反应提供基本的燃料供给，导致电池性能降低，甚至停止工作。另一方面对于反应物管理方面，甲醇穿透的存在是抑制直接甲醇燃料电池发展的重要瓶颈，由于穿透的甲醇直接与阴极的氧气发生反应产生混合电位，甲醇穿透不可避免的导致电压损失，同时造成了燃料的损耗。

为解决以上问题，一方面从改善流场板结构入手，设计合理的流场板结构，提高阻醇能力及产物二氧化碳的排放能力。传统的流场板结构有：排孔状、栅状等，然而这类流场板对阻醇能力的提高十分有限，有研究采用纤维毡作为甲醇燃料电池的阻醇层，提高了甲醇燃料电池的甲醇溶液最优浓度，对提高电池能量比具有积极作用。然而，在高电流工作条件下，阳极产生大量气泡需要穿过纤维毡排除，这不可避免堵塞甲醇的传递通道，使得在阳极易出现甲醇饥饿现象，限制了甲醇燃料电池性能的进一步提升。

另一方面，从双极板微流道的微细制备成形，提高功率密度入手，以保证PEMFC和DMFE微型化的同时，能产生足够的功率。目前，MEMS技术是微型燃料电池双极板微流道制备的主流技术，利用MEMS中的光刻、腐蚀、溅射及体/表面加工等技术，可在硅晶片上刻蚀出微流道，然后利用薄膜制备技术在表面制备出Pt层、Au层等收集电流。同时MEMS技术制备的微流道宽度一般在300-500μm之间，深度在200-300μm之间，由于MEMS技术衍生于微电子技术，需要超净环境，工艺复杂，主要加工对象被限制在硅等材料上，而硅属于脆性材料，难以制成薄板，不利于提高体积比功率和质量比功率，亦不利于电堆的装配，且硅的电导率较低，降低燃料电池的性能。

本发明的发明目的是针对气(二氧化碳气体)液(甲醇溶液)分流困难导致的二氧化碳排放速率过缓与现有微流道加工的技术不足，提供一种微流道流场板的设计与装配方法。

发明内容

为了有效地缓解阳极的气体阻塞和阴极水淹问题，从而提高主动式燃料电池的输出性能。本发明公开了一种微流道流场板及其制备方法。本发明对阳极、阴极流场板均有涉及，阳极侧流场板开有均布的三棱台型微流道，阴极侧开有较宽的利于水输送的平行微流道，同时对阴极侧流场板进行疏水处理。

本发明通过如下技术方案实现：