專利名稱：柔性燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于電子器件的微型燃料電池，更具體地，涉及通過加工柔性聚合物材料制造的微型燃料電池。
背景技術(shù)：
在用于筆記本電腦、無線尋呼機、數(shù)字攝像機、照相機、助聽器和便攜式電源的小尺寸燃料電池，以及作為用于下一代微機電系統(tǒng)(MEMS)的電源的微型燃料電池方面已經(jīng)進行了積極的研發(fā)。這些燃料電池涉及通過采用半導體集成電路工藝和傳統(tǒng)MEMS技術(shù)形成微孔和微通道機械地加工傳統(tǒng)材料(硅、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等)。
為了制造傳統(tǒng)微型燃料電池，已經(jīng)對將硅基底(或基板)應用于微型燃料電池進行了研究?；谠撗芯拷Y(jié)果，圖1中所示的燃料電池已經(jīng)實驗性地制造出來。該系統(tǒng)特征為，將若干塊平的電解質(zhì)膜和電極的單元電池(unit cell)串聯(lián)地連接以及該單元電池設置在薄的盤形Si基底(各自的直徑為約10cm)之間。在Si基底中，微氣體通道采用微加工技術(shù)制成。然而，具有這樣的硅基底的微型燃料電池通過半導體集成電路工藝而制造，這導致高的制造成本。另外，由于硅的易脆性，它不太容易作為電源用于移動電子器件如移動電話和個人數(shù)字助理(PDA)。另外，硅與Nafion(商購自Dupont，USA)之間的界面粘合不好，從而對燃料電池的效率造成不利影響。
在適用于移動電子器件的硅燃料電池(其采用集成電路工藝并使用硅材料)情況下，用于供應燃料的微通道通過蝕刻被形成在硅中，金屬材料通過濺射等被沉積在電極的表面上以起電子的集電層(current collecting layer)作用。然而，這種硅燃料電池具有與Nafion(其制成燃料電池系統(tǒng)的膜)弱的界面粘合，從而由于熱膨脹系數(shù)(CTE)或吸濕性不同而會在Nafion中形成裂縫，在系統(tǒng)中產(chǎn)生致命缺陷。另外，由于硅的易脆性，燃料電池作為電源不適用于移動電子器件。
關(guān)于這方面，“Proceedings of the 14th IEEE InternationalConference on Micro Electro Mechanical Systems”pages 21-25，W.Y.Sim，G.Y.Kim and S.S.Yang(參照圖2)，以及“ElectrochimicaActa”49(2004)，pages 821-828，G.Q.Lu，C.Y.Wang，T.J.Yen and X.Zhang(參照圖3)披露了目的在于使用集成電路工藝最優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)以提高電極性能的技術(shù)，以及精確設計堆疊結(jié)構(gòu)以最小化內(nèi)部體積和增加單位體積的輸出密度的技術(shù)。集成電路技術(shù)便于采用大量積累至今的技術(shù)而小型化。采用硅作為電池原料的硅燃料電池系統(tǒng)可以被制造成薄膜形式。流體通道采用半導體的蝕刻工藝被形成在硅基底中，膜電極組件(MEA)通過沉積等形成在微通道的上方。如非專利文獻1和2所描述的，研究者已經(jīng)提出在硅基底中形成數(shù)十個孔或通道的微單元的不同方法。
這樣的硅材料對微尺寸加工是有利的，但是由于它要求半導體集成電路工藝而具有高的制造成本。另外，在具有硅材料的燃料電池中形成通道要求光刻工藝或者機械和化學蝕刻工藝，導致復雜的制造工藝。
Korea Patent No.0494307披露了一種傳統(tǒng)技術(shù)，其中，將光敏聚合物材料通過旋涂而涂敷在玻璃基板上并暴露給紫外線以形成圖案，通過剝離工藝從玻璃基板上除去，從而獲得光敏聚合物結(jié)構(gòu)(參照圖4)。在這種燃料電池中，聚合物材料被用于形成結(jié)構(gòu)，從而減少接觸電阻以改善性能。另外，燃料電池以其厚度和設計易于更改的簡單工藝而制造，這又便于大規(guī)模生產(chǎn)。
然而，光敏聚合物材料具有在強度超過特定程度的應用時易于碎裂的缺點，盡管它在經(jīng)過暴露給光和烘烤之后機械強度有所改善。另外，在光刻之后沒有被剝離而留在成品中的光敏聚合物材料太昂貴了，因而并不實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已經(jīng)解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，因此，本發(fā)明的特定具體實施方式
的目的是提供通過加工柔性聚合物材料制造燃料電池結(jié)構(gòu)的方法，更具體地，提供以相對于采用硅燃料電池或MEMS技術(shù)的燃料電池更簡單的工藝和低成本制造燃料電池結(jié)構(gòu)的方法。
根據(jù)本發(fā)明用于實現(xiàn)該目的的一個方面，所提供的制造微型燃料電池的方法包括以下步驟(i)通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成用于燃料電池的流徑(flow path)的通孔，將金屬層涂敷在熱塑性聚合物薄膜的內(nèi)側(cè)表面上，以及用燃料擴散材料和催化劑填充通孔，以提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及
(iii)將陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在陽極和陰極之間，將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓。
根據(jù)發(fā)明用于實現(xiàn)該目的的另一方面，所提供的制造微型燃料電池的方法包括以下步驟(i)以堆疊的結(jié)構(gòu)制備兩層熱塑性聚合物薄膜，其中每個層具有通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝形成的用于燃料電池的流徑的通孔，將金屬層涂敷在堆疊的層的內(nèi)側(cè)表面上，其中一個層的通孔具有與另一層中的通孔不同的直徑，用燃料擴散材料填充具有大直徑的通孔以形成燃料擴散層，而用催化劑填充具有較小直徑的通孔以形成催化劑層，從而提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在陽極和陰極之間，將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓。
還根據(jù)發(fā)明用于實現(xiàn)該目的的另一方面，所提供的制造微型燃料電池的方法包括以下步驟(i)通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成通孔而提供燃料供應層，用碳紙(carbon paper)或碳布(carbon cloth)在燃料供應層的下部形成燃料擴散層，在燃料擴散層的下部提供催化劑層，以提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在陽極和陰極之間，將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓在一起。


參照附圖通過以下詳細描述，將更加清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點和其它優(yōu)點，附圖中圖1是示出具有串聯(lián)連接并插在盤形Si基底之間的單元電池的傳統(tǒng)燃料電池平面圖和截面圖；圖2是示出硅基微型燃料電池的示意性截面圖；圖3是示出傳統(tǒng)微型直接甲醇燃料電池(DMFC)的制造工藝的示意圖；圖4(a)是示出采用光敏材料的傳統(tǒng)聚合物微型DMFC的示意性截面圖，圖4(b)是示出聚合物微型DMFC的制造工藝的示意圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的具體實施方式
的柔性燃料電池的截面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明具有聚合物薄膜的燃料電池的基本結(jié)構(gòu)的視圖，其中聚合物薄膜具有形成在其中的通孔；圖7至圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例用于制造具有其通孔變型的微型燃料電池的工藝的視圖；以及圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例4制造的微型燃料電池的示意性截面圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方式
進行詳細描述。
根據(jù)本發(fā)明的柔性(flexible)燃料電池指適用于特定產(chǎn)品如便攜式移動電話、便攜式計算機和生物微機電系統(tǒng)(Bio-MEMS)的電源供應裝置。另外，除非另外指明，“外側(cè)表面”指靠近燃料電池的外表面的薄膜的表面，“內(nèi)側(cè)表面”指靠近燃料電池整個結(jié)構(gòu)的中心部分(即靠近陽離子導電聚合物膜)的薄膜的表面。
為了制造根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施方式
的柔性燃料電池，采用PCB工藝將用于燃料電池的流徑的通孔形成在熱塑性聚合物薄膜中，將金屬層涂敷在熱塑性聚合物薄膜的內(nèi)側(cè)表面上。然后，將燃料擴散層和催化劑層形成在通孔中以提供陽極。重復上述步驟的過程以提供陰極。然后將陽離子導電聚合物膜如質(zhì)子交換膜設置在陽極和陰極之間。將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓在一起以最終得到微型燃料電池。
熱塑性聚合物薄膜可以采用用于印刷電路板的材料，更具體地，選自由聚酰亞胺或液晶聚合物(LCP)和聚四氟乙烯(Teflon)薄膜構(gòu)成的組的材料。
在熱塑性聚合物薄膜中，形成用于燃料流徑的通孔(參照圖6)。通孔可以通過采用包括激光打孔、光刻和蝕刻的PCB工藝而形成。在采用聚酰亞胺作為薄膜的情況下，通孔可以通過濕蝕刻而形成，在采用光敏聚酰亞胺作為薄膜的情況下，僅要求簡單的光刻工藝以實現(xiàn)燃料電池結(jié)構(gòu)。
不同于現(xiàn)有技術(shù)，通孔被直接形成在根據(jù)本發(fā)明的聚合物薄膜中，不需要將聚合物材料涂敷在玻璃基板上、進行曝光和烘烤、以及將聚合物材料從玻璃基板上除去的步驟。這使得相對于采用MEMS技術(shù)的傳統(tǒng)工藝或制造硅燃料電池的傳統(tǒng)工藝，具有簡單的制造工藝和減少的制造成本。因此，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池結(jié)構(gòu)能保持其柔性特性，該柔性特性可以通過在經(jīng)過暴露于光和烘烤后提高的結(jié)構(gòu)機械強度而降低。
起電子收集器功能的薄金屬層可以涂敷在設置用于每個陽極和陰極的每個薄膜的內(nèi)表面上。薄金屬層可以通過濺射等用(但不限于)包括Au、Pt和Cu的貴金屬形成，這是由于它們的電阻值和耐化學性(其對于薄金屬層是必要的)。
在通孔內(nèi)，形成燃料擴散層和催化劑層以提供每個陽極和陰極。因此，將催化劑形成在薄金屬層側(cè)的通孔內(nèi)，將燃料擴散層形成在沒有薄金屬層側(cè)的通孔內(nèi)。將諸如碳漿的材料填充在通孔內(nèi)以形成燃料擴散層，將反應用催化劑(活性催化劑，reactive catalyst)通過噴涂等填充在通孔內(nèi)以形成與燃料反應的催化劑層。
用于本發(fā)明的催化劑不限于特定類型并可以是任何普通類型，但優(yōu)選地，采用Pt-Ru合金，更優(yōu)選地，Pt-Ru合金用作陽極側(cè)的催化劑，而Pt用作陰極的催化劑。
將具有它們各自金屬層的如上所述的陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜如質(zhì)子交換膜設置在陽極和陰極之間。然后，將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓在一起以制造微型燃料電池。
在本發(fā)明中，可以將通孔的形狀可以以各種形狀形成在熱塑性聚合物薄膜中，以響應燃料的反應速率調(diào)節(jié)燃料消耗速率和燃料供應速率。通孔的形狀可以改變，例如如下。
根據(jù)本發(fā)明形成在薄膜中的通孔的實例示于圖5(a)和圖7中。如所示出的，為了形成用于燃料流徑的通孔，將用于燃料流徑的凹槽以等于薄膜厚度的1/2的深度形成，然后在對應先形成的凹槽的區(qū)域中的薄膜的另一側(cè)在薄膜的剩余厚度中開槽，從而完成通孔。可以將通孔構(gòu)造成使得在薄膜的外側(cè)處的直徑D1與在薄膜的厚度方向的中部處的直徑D3不同。具體地，可以將通孔構(gòu)造成具有從薄膜的外側(cè)朝向薄膜的厚度方向的中部減少的直徑(D1＞D3)，從而具有傾斜的內(nèi)表面。
每個通孔的傾斜的內(nèi)表面便于將金屬層涂敷在每個通孔的內(nèi)壁上，以使得在如上所述涂敷薄金屬層以起集電結(jié)構(gòu)作用的情況下更有效集電(current collecting)。
可替換地，如圖8所示，可以將聚合物薄膜中的通孔構(gòu)造成使得在薄膜的外側(cè)表面處的直徑D1大于在薄膜的內(nèi)側(cè)表面處的直徑D2，以便通孔具有傾斜的內(nèi)表面。這里，相對于薄膜的厚度中心，可以將催化劑層形成在薄膜的內(nèi)側(cè)，而將燃料擴散層形成在薄膜的外側(cè)。
作為本發(fā)明的第二實施例，如圖5(b)和圖9所示，可以將熱塑性聚合物的兩個層堆疊以提供每個陽極和陰極。在這種情況下，將所堆疊的層中的一個設置成形成燃料擴散層，而將另一個層設置成形成催化劑層。這里，通過采用包括激光打孔、光刻和蝕刻的PCB工藝可以將通孔形成在薄膜的每個層中。如圖9所示，可以將作為集電層的薄金屬層涂敷在堆疊的層的內(nèi)側(cè)面上。
在薄膜的每個層中形成的通孔在外側(cè)表面處的直徑D1大于在內(nèi)側(cè)表面處的直徑D2，從而各自具有傾斜的內(nèi)表面。另外，在薄膜的每個層中形成的通孔的平均直徑可以彼此不同。在這種情況下，優(yōu)選在用于燃料擴散層的薄膜中形成的通孔的平均直徑大于在用于催化劑層的薄膜中形成的通孔的平均直徑。具體地，用于燃料擴散層的薄膜的通孔的平均直徑為100～300μm，而用于催化劑層的薄膜的通孔的平均直徑為30～100μm。
將各自具有形成在其中的通孔并各自設置用于燃料擴散層和催化劑層的兩個層堆疊并熱壓在一起，以獲得薄膜的堆疊結(jié)構(gòu)。在這種情況下，優(yōu)選將兩個層粘合使得用于燃料擴散層的薄膜的內(nèi)側(cè)表面面向用于催化劑層的薄膜的外側(cè)表面。
優(yōu)選地，熱壓在150～250℃溫度范圍進行。溫度低于150℃導致弱的粘合強度，而溫度高于250℃超過熱塑性聚合物薄膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這將導致破壞結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第三具體實施方式
制造柔性微型燃料電池的方法如圖5(c)和圖10所示。
該方法包括(i)通過選自由激光打孔、光刻和蝕刻的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成通孔而提供燃料供應層，在燃料供應層的下部形成碳紙或碳布的燃料擴散層，在燃料擴散層的下部提供催化劑層以提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將具有其催化劑層的陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在陽極和陰極之間，并且將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓在一起。
在這個具體實施方式
中，將通孔設置在熱塑性聚合物薄膜中。熱塑性聚合物薄膜是通常用于印刷電路板的材料，實例包括聚酰亞胺或液晶聚合物(LCP)和聚四氟乙烯(Teflon)薄膜。
在熱塑性聚合物薄膜中形成的通孔起燃料供應通道的作用，可以通過采用選自由激光打孔、光刻和蝕刻構(gòu)成的組的PCB工藝而形成。
在聚合物薄膜中形成的通孔在薄膜的外側(cè)表面處的直徑D1大于在內(nèi)側(cè)表面處的直徑D2，并具有相對于薄膜的表面傾斜的內(nèi)表面。
將聚合物薄膜的內(nèi)表面形成為與燃料擴散層接觸，而將催化劑層形成為與燃料擴散層接觸，共同地形成膜電極組件(MEA)，其構(gòu)成各個陽極和陰極。
MEA是由電極和聚合物電解質(zhì)制成的共同結(jié)構(gòu)。將催化劑、分散劑、粘合劑和電解質(zhì)溶液混合以獲得漿料，將該漿料涂敷在催化劑載體上以形成電極。將如上所述制造的陽極和陰極彼此相對地設置，陽離子導電聚合物膜(聚合物電解質(zhì)膜如質(zhì)子交換膜)設置在其間。將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極在高溫下熱壓在一起。
這里，燃料擴散層由碳紙或碳布制成。用于催化劑層的催化劑可以是用于貴金屬催化劑的任何普通類型。但是，優(yōu)選地，可以采用Pt或Pt/Ru合金用于催化劑層，更優(yōu)選地，Pt用作陰極的催化劑而Pt/Ru合金用作陽極側(cè)的催化劑。
碳紙或碳布可以在沒有集電金屬層的情況下足以完成集電功能(參照圖10(a))，但是可以將薄金屬層形成在粘接至碳層的薄膜的一側(cè)，以提高效率(參照圖10(b))。金屬可以是選自由Au、Pt和Cu構(gòu)成的組中的至少一種。
實施例下面將通過實施例對本發(fā)明進行解釋。本發(fā)明并不限于下面的實施例。
實施例1通過激光打孔以薄膜總厚度的1/2的深度在薄膜型聚酰亞胺中形成凹槽(參照圖7)。在薄膜的另一側(cè)以薄膜剩余厚度形成凹槽，連接首先形成的凹槽，完成各自具有傾斜內(nèi)表面的通孔。
用Pt將金屬層(其能夠起集電結(jié)構(gòu)的作用)通過濺射形成在薄膜的表面上。每個通孔均具有傾斜的內(nèi)表面，也將薄金屬層形成在各個通孔的內(nèi)表面上。然后，形成擴散層和催化劑層以便薄膜能分別起陽極和陰極作用。將碳漿在薄膜的一側(cè)填充在通孔中以形成燃料擴散層，而將催化劑在薄膜的另一側(cè)填充在通孔中以形成催化劑層。這里，將Pt/Ru用作陽極側(cè)的催化劑，而Pt用作陰極的催化劑。
將購自Dupont，USA的Nafion插入到電極對之間作為聚合物電解質(zhì)薄膜。將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在100℃、30psi壓力下熱壓5分鐘，然后在30℃冷卻，以獲得微型燃料電池。
獲得的微型燃料電池呈現(xiàn)出柔性特性。
實施例2通過與實施例1相同的方法制造微型燃料電池，只不過具有傾斜內(nèi)表面的通孔是通過僅激光打孔一次形成的(參照圖8)。
獲得的微型燃料電池呈現(xiàn)出柔性特性。
實施例3將不同尺寸的通孔形成在2層薄膜的每一層中(參照圖9)。將具有平均直徑150μm的通孔形成在設置為燃料擴散層的薄膜中，而將具有平均直徑50μm的通孔形成在設置為燃料催化劑層的薄膜中。通孔是通過與實施例2相同的方法形成的。用Pt將金屬層形成在設置為催化劑層的薄膜的表面上，以起集電結(jié)構(gòu)的作用。
將獲得的兩層薄膜在200℃熱壓在一起以獲得每個單獨的陽極和陰極。使用如上所獲得的陽極和陰極對，通過與實施例1相同的方法制造微型燃料電池。
獲得的微型燃料電池呈現(xiàn)出柔性特性。
實施例4將通孔通過與實施例2相同的方法形成在薄膜中以提供燃料供應層(參照圖10)。將每個通孔形成為具有傾斜的內(nèi)表面和150μm的平均直徑。將金屬層形成在薄膜的表面上與燃料擴散層接觸(參照圖10(b))。根據(jù)一般的MEA方法，用碳紙形成燃料擴散層，在陽極側(cè)的催化劑用Pt/Ru合金形成，在陰極側(cè)的催化劑用Pt形成。
將購自Dupont，USA的Nafion作為聚合物電解質(zhì)膜插入到電極對之間。將產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在110℃、30psi壓力下熱壓5分鐘，在30℃冷卻，以獲得微型燃料電池。
獲得的微型燃料電池呈現(xiàn)出柔性特性。
根據(jù)本發(fā)明的方法使得制造適用于便攜式移動電話、便攜式計算機和Bio-MEMS的薄而柔性的燃料電池。另外，該方法采用具有減少的產(chǎn)品單位成本的PCB工藝使得制造工藝簡單容易、制造成本低，能夠大規(guī)模生產(chǎn)。
另外，該方法允許自動化和簡單的制造工藝以獲得燃料電池產(chǎn)品，減少燃料擴散的途程，由于能利用現(xiàn)有的設備不會發(fā)生初期投資成本。
另外，該方法減少了電解質(zhì)膜與電極之間的接觸電阻，允許任意改變催化劑和電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選具體實施方式
對本發(fā)明進行了展示和描述，在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，所作出的更改和變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種制造微型燃料電池的方法，包括以下步驟(i)通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成用于燃料電池的流徑的通孔，將金屬層涂敷在所述熱塑性聚合物薄膜的內(nèi)側(cè)表面上，以及用燃料擴散材料和催化劑填充通孔，以提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將所述陽極和所述陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在所述陽極和所述陰極之間，將所述陽極、所述陽離子導電聚合物膜和所述陰極熱壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，形成所述通孔的步驟包括在所述薄膜的一側(cè)以所述薄膜厚度的1/2的深度形成凹槽，然后在對應先形成的凹槽的區(qū)域中的所述薄膜的另一側(cè)開槽，從而完成所述通孔，其中，每個所述通孔具有在外側(cè)的第一直徑以及在所述薄膜的厚度方向的中部的第二直徑，所述第一直徑大于所述第二直徑以具有相對于所述薄膜的所述表面傾斜的內(nèi)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造微型燃料電池的方法，其中，將所述金屬層進一步形成在所述通孔的靠近所述薄膜的內(nèi)側(cè)的所述內(nèi)壁部分上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，每個所述通孔具有在所述薄膜的外側(cè)處的第一直徑以及在所述薄膜的內(nèi)側(cè)處的第二直徑，所述第一直徑大于所述第二直徑以具有傾斜的內(nèi)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述熱塑性聚合物薄膜由選自由聚酰亞胺、液晶聚合物和聚四氟乙烯薄膜構(gòu)成的組中的一種制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述催化劑包括Pt或者Pt/Ru合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述燃料擴散材料包括碳漿。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述金屬層由選自由Au、Pt和Cu構(gòu)成的組的一種制成。
9.一種制造微型燃料電池的方法，包括以下步驟(i)以堆疊的結(jié)構(gòu)制備兩層熱塑性聚合物薄膜，其中每個所述層具有用于燃料電池的流徑的通孔，所述通孔通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝形成，將金屬層涂敷在所述堆疊的層的內(nèi)側(cè)表面上，其中一個層的通孔具有與另一層中的通孔不同的直徑，用燃料擴散材料填充所述具有大直徑的通孔以形成燃料擴散層，而用催化劑填充所述具有較小直徑的通孔以形成催化劑層，從而提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將所述陽極和所述陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在所述陽極和所述陰極之間，將所述陽極、所述陽離子導電聚合物膜和所述陰極熱壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，通過在150～250℃溫度范圍熱壓將所述薄膜的堆疊的層堆疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，將所述通孔形成為具有從外側(cè)到內(nèi)側(cè)減少的直徑，其中，設置有所述燃料擴散層的外層的所述通孔具有100～300μm的平均直徑，而設置有所述催化劑層的內(nèi)層的所述通孔具有30～100μm的平均直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述熱塑性聚合物薄膜由選自由聚酰亞胺、液晶聚合物和聚四氟乙烯薄膜構(gòu)成的組中的一種制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述催化劑包括Pt或者Pt/Ru合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述燃料擴散材料包括碳漿。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述金屬層由選自由Au、Pt和Cu構(gòu)成的組的一種制成。
16.一種制造微型燃料電池的方法，包括以下步驟(i)通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成通孔而提供燃料供應層，用碳紙或碳布在所述燃料供應層的下部形成燃料擴散層，在所述燃料擴散層的下部提供催化劑層，以提供陽極；(ii)重復步驟(i)的過程以提供陰極；以及(iii)將所述陽極和所述陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在所述陽極和所述陰極之間，將所述陽極、所述陽離子導電聚合物膜和所述陰極熱壓在一起。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造微型燃料電池的方法，其中，每個所述通孔在所述薄膜的外側(cè)處的直徑大于在所述薄膜的內(nèi)側(cè)處的直徑，平均范圍為100～300μm。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造微型燃料電池的方法，進一步包括在提供所述燃料供應層之后將金屬層涂敷在靠近所述燃料擴散層的所述薄膜的內(nèi)側(cè)表面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述熱塑性聚合物薄膜由選自由聚酰亞胺、液晶聚合物和聚四氟乙烯薄膜構(gòu)成的組中的一種制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的制造微型燃料電池的方法，其中，所述催化劑層包括Pt或者Pt/Ru合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造微型燃料電池的方法，包括以下步驟通過選自由激光打孔、蝕刻和光刻構(gòu)成的組的工藝在熱塑性聚合物薄膜中形成用于燃料電池的流徑的通孔，將金屬層涂敷在熱塑性聚合物薄膜的內(nèi)側(cè)表面上，以及用燃料擴散材料和催化劑填充通孔，以提供陽極；重復以上過程以提供陰極；然后將陽極和陰極彼此相對地放置，將陽離子導電聚合物膜設置在陽極和陰極之間，將陽極、陽離子導電聚合物膜和陰極熱壓。
文檔編號H01M8/02GK1988230SQ20061016791
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者車慧挻, 金泰勛, 柳彰燮, 許三辰, 金成漢 申請人:三星電機株式會社