一种用于微流体燃料电池组的流体分配器的制造方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池组的零部件装置，更具体的讲，涉及一种依靠微型蛇形弯管来同时达到均匀分配流体和降低旁路漏电电流损失两种作用，用于微流体燃料电池组的流体分配器。
【【背景技术】】
[0002]燃料电池是将燃料的化学能直接转换成电能的装置，燃料电池由于具有效率高、无污染、重量轻等优点，可作为便携式电子产品的小型电池，也可应用于小型集中供电或分散式供电系统，被称为21世纪的绿色环保能源。微流体燃料电池是一种新型的燃料电池，该种电池基于微流动特性，燃料与氧化剂流体在层流流动的控制下自然分层，免去了使用离子交换膜的需要。这种设计既克服了电极偏差，膜干涸等由膜结构引致的各种问题，同时又可以摒弃常用贵金属催化剂转而采用便宜的非贵金属催化剂，降低了加工工艺要求和成本，是目前解决催化剂非贵金属化和燃料电池无膜化的最佳途径，
[0003]单个微流体燃料电池的输出电压和功率由于受到电化学反应极限的限制，通常不能满足实际应用的需要，所以在实际使用过程中通常会将单个微流体燃料电池通过串并联的方式来构成燃料电池组。对于传统的燃料电池组，由于燃料和氧化剂的流量较大，不容易引起电池之间流体分布的不均匀，故通常只考虑在极板上设置分配器使流体均匀分布在反应极板上。而对于微流体燃料电池，每个单电池内部的阻力由于制造误差和流道长度的差别会有所不同，并且电池内部流体流动处于微流动状态，流量通常为微升每分钟甚至纳升每分钟的级别，所以在没有流体分配器的情况下，微小的流阻差别就会引起每个电池所通过的燃料和氧化剂流量的显著差别，因此连接各个电池的流体分配器就成了影响燃料电池组性能的关键部件之一，流体分配的不均匀将导致每个单体电池输出性能的不同，由此导致整个微流体燃料电池组的性能产生波动，从而无法满足实际运行的要求，更有可能产生流动死区使整个微流体燃料电池组根本无法工作。将传统的直管型流体分配器应用于微流体燃料电池组时，由于不能平衡内部流阻的不均匀，将造成流体分配的极大差别和波动，甚至造成个别电池不工作和流体逆流现象的发生。另外，由于反应物流体在电极之间提供了液相旁支电路，而电极之间又存在金属导电回路，在电池组工作中产生的电势差将使电极之间的回路产生旁路漏电电流，造成无法避免的电能内部损耗，因此流体分配器的另一个设计要点是尽量减小旁路漏电电流，降低由此带来的能量损失。如何设计和布置微流体分配器，使反应物流体均匀输送到电池组内每个单电池的反应区，已经成为微流体燃料电池组结构设计的关键工作之一。
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【发明内容】
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[0004]本发明的第一个目的在于提供一种用于微流体燃料电池组的流体分配器，用以解决微流体燃料电池组内部单电池之间流体分配不均的问题，克服微流体燃料电池组性能输出不稳定的缺点并同时减小旁路漏电电流的大小，提升整个微流体燃料电池组的效率。本发明的第二个目的是提供一种微流体燃料电池组分配器的制备方法。
[0005]根据微流体回路和电子电路的相似性，利用电路分析原理，得到流量不均匀的原因是由于各个单电池内部的流动阻力相差过大而引起，通过在每个单电池内增加一个基本相同且远远超过内部阻力的大流阻装置后，即可基本忽略内部流动阻力的差别，利用此大流阻装置来平衡所接入单电池之间阻力的不均匀；另外，从理论分析可知，在固定的电势差下，电阻较大时流过的电流较小，因此可以使单电池之间的液相电阻变大从而使旁路漏电电流减小，使电池的运行效率提升。所以一个既具有较大流动阻力又具较大的液相电阻的装置即为流体分配器的设计目标。该流体分配器实际设计中采用微型蛇形弯曲流道以产生较大的流动阻力和液相电阻，同时为了尽量充分利用材料面积，因此布置形式为圆形分布，而在实际使用过程中可取圆形的一半或者一部分，同样也可以达到相同的使用效果。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0007]—种用于微流体燃料电池组的流体分配器，其特征是:流体分配器下层基底上通过二氧化碳激光雕刻机制作有入口流体缓冲区，并与蛇形分配流道的入口相通，蛇形分配流道的出口与出口流体缓冲区相通；流体分配器上层盖板上设有流体统一入口和多个流体出口 ；流体分配器由上层盖板和下层基底通过热压封装而成。
[0008]在封装时上层盖板的流体统一入口与下层基底上的入口流体缓冲区同心，并且流体出口与出口流体缓冲区相通。
[0009]蛇形分配流道的尺寸根据所接的单电池之间内部阻力的差而定，流道横截面积越小，长度越长，可平衡的阻力差越大。
[0010]蛇形分配流道的数量可根据实际需要进行增减或取用一部分而不会影响分配器的性能。
[0011]在流体分配器出口外接相同类型的流体分配器，可接入的燃料电池数就会呈指数形式增长。
[0012]流体分配器可与燃料电池组分别制造后进行装配，也可设计在燃料电池组内部与电池组一起封装。
[0013]流体分配器的流道横截面积较小，长度较长，使每个流道的液相电阻较大，减小了由于流体分配流道造成的旁路漏电电流。
[0014]一种用于微流体燃料电池组的流体分配器的制备方法，其具体步骤为:
[0015](I)在聚甲基丙烯酸甲酯PMMA表面利用二氧化碳激光打印机打印出微型蛇形弯曲流道；
[0016](2)在另一块相同尺寸的PMMA上利用二氧化碳激光打印机打孔形成流体进出孔；
[0017](3)将上述两块PMMA放入超声清洗器清洗以除去表面的杂质；
[0018](4)将清洗过后的两块PMMA对齐后放入热压机，调整热压的温度和时间，使两块PMMA的接触面在高温下键合，完成流体分配器的制备。
[0019]与现有技术相比，本发明的积极效果是:
[0020]本发明的流体分配器相比与传统的直管型流体分配器，具有优异的流体分配效果，与常用的金字塔形流体分配器相比具有相似的流体分配效果，同时由于不需要层叠式的分配结构，大大简化了设计的难度并且提高了材料的有效使用面积。另外由于流体分配器的流道横截面积较小，长度较长，使每个流道的液相电阻极大，减小了由于流体分配流道造成的旁路漏电的电流，提升整个微流体燃料电池组的运行效率。本流体分配器可以根据实际使用需要，在制造的时候方便的增加或者减少可连接的单电池数，在流体分配器出口外接相同类型的流体分配器，可接入的燃料电池数即呈指数形式增长，从而可涵盖小至手机电池，大到汽车电源等的应用需求。另外由于制造便捷，
[0021]可应用于大规模生产，不仅生产周期短且成本低廉，使整个微流体燃料电池组装置的制造、封装和操作过程大大简化，高度的可集成化设计令微流体燃料电池组的商业化成为了可能。
【【附图说明】】
[0022]图1是本流体分配器整体示意图；
[0023]图2是本流体分配器底层流道结构示意图；
[0024]图3是本流体分配器上层盖板结构示意图；
[0025]图4是四流道微流体分配器分别使用蛇形管流道和直管流道时各个流道出口所得到的流体流量对比