一种微型无膜燃料电池电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微型无膜燃料电池电极的制备方法，属于燃料电池领域。所述的一种微型无膜燃料电池电极的制备方法，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，再将其放入金属刻蚀液中进行刻蚀，得到所需的电极形状；D、碳化所述光刻胶，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。通过本发明专利技术制备的碳电极作为催化剂的载体，显著提高了催化性能，加快了化学反应速度，而且本发明专利技术的方法操作步骤简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池领域，特别涉及。
技术介绍
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。在实现本专利技术的过程中，专利技术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，成本较闻。
技术实现思路
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，本专利技术实施例提供了。所述技术方案如下本专利技术实施例提供了，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O.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°C /min的速度升温，在150°C的温度条 件下，保温O. 5h，然后以5°C /min的速度升温至350_380°C，保温O. 5h后，随炉冷却。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是本专利技术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，而且本专利技术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专利技术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专利技术的一些实施例，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I是本专利技术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是本专利技术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是本专利技术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是本专利技术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是本专利技术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_娃片或玻璃片、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。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了，该方法包括A、参照图1，采用磁控溅射法在清洗干净的硅片(图1-1)上制备一层铬金属膜(图1-2)。磁控溅射法的工艺参数为腔体压力O. 5Pa，溅射功率80W，氩气流速10cm2/min，溅射时间3min。B、参照图2，利用匀胶机在铬金属膜上涂覆一层光刻胶(图2-3)。匀胶的工艺参数为低转速700rpm，时间9s，高转速3500rpm，时间20s。C、参照图3，对光刻胶经光刻、显影等处理，图形化光刻胶(图3-3)，使铬金属膜上残余的光刻胶呈现所需的电极图形，再将其放入铬刻蚀液中刻蚀，去除显露出的金属铬，得到所需的电极形状。D、参照图4，将经过上述工序处理后的硅片放入高温炉中，碳化光刻胶(图4-4)，工艺参数为以2°C /min的速度升温，在150°C的温度条件下，保温O. 5h，然后以5°C /min的速度升温至350°C，保温O. 5h后，随炉冷却。E、参照图5，采用电镀的方法在光刻胶碳化后所获得的碳电极上沉积用于燃料氧化的金属催化剂或氧化剂还原的金属催化剂(图5-5)，得到本专利技术实施例提供的燃料电池电极。 上述电极经封装后所获得的电池性能以甲酸为燃料、双氧水为氧化剂，以负载在碳电极上的Pt/Ru为阳极催化剂，负载在碳电极上的Pt为阴极催化剂，最大功率密度达到3. 45mW/cm2，燃料利用率约为48%。实施例二本专利技术实施例提供了，该方法包括A、参照图1，采用磁控溅射法在清洗干净的玻璃片(图1-1)上制备一层铬金属膜，该铬金属膜(图1-2)用作碳电极的引线。磁控溅射法的工艺参数为腔体压力O. 6Pa，溅射功率100W，氩气流速12cm2/min，溅射时间2min。B、参照图2，利用匀胶机在铬金属膜上涂覆一层光刻胶(图2-3)，匀胶的工艺参数为低速800rpm左右，时间6s，高速3500rpm,时间30s。C、参照图3，对光刻胶经光刻、显影等处理，图形化光刻胶(图3-3)，使铬金属膜上残余的光刻胶呈现所需的电极图形，再将其放入铬刻蚀液中刻蚀，去除显露出的金属铬，得到所需的电极形状。D、参照图4，将经过上述工序处理后的硅片放入高温炉中，碳化光刻胶(图4-4)，工艺参数为以l°c /min的速度升温，在150°c的温度条件下，保温O. 5h，然后以5°C /min的速度升温至380°C，保温O. 5h后，随炉冷却。E、参照图5，采用电镀的方法在光刻胶碳化后所获得的碳电极上沉积用于燃料氧化的金属催化剂或氧化剂还原的金属催化剂(图5-5)，得到本专利技术实施例提供的燃料电池电极。上述电极经封装后所获得的电池性能以甲醇为燃料、双氧水为氧化剂，以负载在碳电极上的Pt/Pd为阳极催化剂，负载在碳电极上的Pt为阴极催化剂，最大功率密度达到3.23mW/cm2，燃料利用率约为45%。本专利技术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，而且本专利技术的将用于电极图形化后剩余的光刻胶碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型无膜燃料电池电极的制备方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王升高，许结林，朱金龙，柳毅，王传新，汪建华，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：