[发明专利]一种微型无膜燃料电池电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，特别涉及一种微型无膜燃料电池电极的制备方法。

背景技术

随着现代科学发展，出现了众多便携式设备，包括各种民用或军用移动通讯设施、数码照相机、摄像机和多媒体播放机等，对其电源提出了更高的要求，既要电源体积小，还要满足长时间放电的需求。锂离子蓄电池已不能满足该要求，成为制约电子信息产业发展的一个因素。如今微型燃料电池有效地解决了便携电源体积小、放电多的问题，随着各类便携式电子设备的日益普及，微型燃料电池的需求将更加突出。

微型无膜燃料电池是一种无需质子交换膜的新型燃料电池，它充分利用微流体粘滞性较强而出现的共层流属性，在液流接触面起到质子交换膜的作用,即氧化剂和燃料两股液流在微沟道内交互通过时而较少混合，故可以视液流接触面为虚拟质子交换膜。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在燃料电池中，所有的氧化还原反应都是基于电极表面进行的。现有的微型无膜燃料电池的电极一般为长条形平面状，分布在微流通道的两侧，燃料和氧化物分别局限在阳极和阴极上发生氧化还原反应。目前的微型无膜燃料电池均是以金属材料作为电极，在电极上涂刷或沉积催化剂，或在电极上涂刷负载有催化剂的载体材料等。但通过这些方法制备的电极上的催化剂催化活性较差，化学反应速度较慢，且电极的制作工序繁多，成本较高。

发明内容

为了解决现有技术中电极上的催化剂催化活性较差，化学反应速度较慢，以及制作工序多，成本高的问题，本发明实施例提供了一种微型无膜燃料电池电极的制备方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种微型无膜燃料电池电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

A、在基板材料上制备金属膜；

B、在所述金属膜表面涂覆一层光刻胶；

C、对所述光刻胶进行光刻和显影处理，使所述金属膜上残余的光刻胶呈现所需的电极图形，再将其放入刻蚀液中进行刻蚀，得到所需的电极形状；

D、碳化刻蚀后的所述光刻胶，将所述刻蚀后的光刻胶放入高温炉中进行热处理；

E、在所述光刻胶碳化后所获得的碳电极上，负载金属催化剂。

具体地，所述基板材料可以为硅片或玻璃。

具体地，所述金属膜为铬金属膜，所述刻蚀液为铬刻蚀液。

具体地，采用溅射法、磁控溅射法或热蒸发镀法制备所述金属膜。

具体地，利用所述磁控溅射法制备所述金属膜的工艺参数为：腔体压力为0.5-0.6Pa，溅射功率为80-100W，氩气流速为10-12cm²/min，溅射时间为2-3min。

具体地，采用匀胶法在所述金属膜表面涂覆一层所述光刻胶，所述匀胶法的工艺参数为：转速为700-800rpm，时间为6-9s，再经转速为3500rpm，时间为20-30s。

具体地，采取电镀的方法在所述光刻胶碳化后所获得的碳电极上负载所述金属催化剂。

具体地，所述热处理的工艺参数为：以1-2℃/min的速度升温，在150℃的温度条件下，保温0.5h，然后以5℃/min的速度升温至350-380℃，保温0.5h后，随炉冷却。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例通过将图形化后的光刻胶进行碳化的方法获得碳电极，该材料作为催化剂的载体，使催化剂催化性能的显著提高，加快了化学反应速度，而且本发明的将用于电极图形化后剩余的光刻胶碳化，取消了去除光刻胶和重新涂刷碳电极的制作工序，并负载用于氧化剂还原和燃料氧化的金属催化剂，即可得到电池电极，该电极不仅有利于催化剂催化性能的显著提高，而且降低了生产成本，简化操作步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的微型无膜燃料电池电极的制备方法原理图；

图2是本发明实施例一提供的微型无膜燃料电池电极的制备方法原理图；

图3是本发明实施例一提供的微型无膜燃料电池电极的制备方法原理图；

图4是本发明实施例一提供的微型无膜燃料电池电极的制备方法原理图；

图5是本发明实施例一提供的微型无膜燃料电池电极的制备方法原理图。

图中：1-硅片或玻璃片、2-铬金属膜、3-光刻胶、4-碳电极、5-负载金属催化剂的碳电极。