[发明专利]实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶及其制作方法

说明书

本发明公开了一种实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶及其制作方法，包括聚酰亚胺薄膜以及设置于聚酰亚胺薄膜上的若干热电偶，该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜上的康铜热电极、铜热电极及保护层，其中，康铜热电极的一端及铜热电极的一端作为薄膜热电偶测量端，康铜热电极的另一端及铜热电极的另一端作为引脚与外接电路相连接，该热电偶能够对对氢燃料电池内部温度分布进行测量，且制作简单，成本低，制作时间较短。

技术领域

本发明涉及一种薄膜热电偶及其制作方法，具体涉及一种实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶及其制作方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(又称氢燃料电池，以下均称氢燃料电池)能将化学能无污染、高效地转化为电能，电池内部温度分布是影响其寿命、性能的重要因素之一，对内部温度分布进行测量显得非常重要。氢燃料电池单体膜厚度方向上尺度非常微小，且测量位置处于封闭狭小的空间，应极力避免测量对电池运行过程造成干扰。目前对氢燃料电池的温度测试，通常采用常规的电阻和热电偶的方法。但由于传统传感器的体积大、响应时间长，不适合用来测量氢燃料电池内部的瞬时温度。在不改变电池结构的条件下，红外成像技术不能观测电池内部温度，光纤光栅传感器无法对温度与应变加以区分。

采用MEMS技术制作的微型温度传感器具有非常广阔的应用前景，能用于实时监测电池内部的温度变化。但以往学者设计的微型温度传感器大多采用贵金属制作电阻型温度传感器，具有成本高、受压力影响大的缺点，而采用阵列式的热电偶对温度进行测量，具有可移动性差、适用对象唯一的缺点，开发经济实用极薄的微型温度传感器具有很大的研究及商业价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶及其制作方法，该热电偶能够对对氢燃料电池内部温度分布进行测量，且制作简单，成本低，制作时间较短。

为达到上述目的，本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶包括聚酰亚胺薄膜以及设置于聚酰亚胺薄膜上的若干热电偶，该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜上的康铜热电极、铜热电极及保护层，其中，康铜热电极的一端及铜热电极的一端构成的结点作为薄膜热电偶测量端，康铜热电极的另一端及铜热电极的另一端作为引脚与外接电路相连接。

聚酰亚胺薄膜的厚度为25微米；康铜热电极的厚度为0.2微米；铜热电极的厚度为0.3微米。

薄膜热电偶测量端的尺寸为100微米×100微米。

在测量时，将所述实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶夹装于氢燃料电池中膜电极组件与流场板之间,且聚酰亚胺薄膜上设置有热电极的面朝向膜电极组件，薄膜热电偶测量端与氢燃料电池的膜电极组件绝缘。

本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶的制作方法包括以下步骤：

1)对聚酰亚胺薄膜进行清洗；

2)在聚酰亚胺薄膜上进行涂胶，然后曝光显影，使得聚酰亚胺薄膜上出现康铜热电极的图案，再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜表面；

3)采用磁控溅射系统在聚酰亚胺薄膜上溅射康铜薄膜，再进行去胶处理，得康铜热电极，得试片；

4)在步骤3)得到的试片上进行涂胶，然后曝光显影，使得聚酰亚胺薄膜上出现铜热电极的图案，再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜的表面；

5)采用电子束蒸镀系统在经步骤4)处理后的试片表面蒸镀铜薄膜，再进行去胶处理，得铜热电极；

6)在经步骤5)处理后的试片上进行涂胶，得保护层，然后通过光刻显影，使得与外接电路相连接的引脚裸露出来，再对保护层进行固化，得实时测量氢燃料电池内部温度的插入式薄膜热电偶。

保护层的材质为光刻胶AZ4620。