4. μDMFC的发展现状
目前μDMFC研究工作正处于从基础研究向产业化过渡的阶段，一些 高科技公司已经推出了代表当今世界最高技术水平的μDMFC样机或产品。 最具有代表性的公司是MTI、索尼和东芝三家公司的产品。
a MTI样机
b 索尼样机
c 东芝样机
图7 μDMFC样机 株式会社エムティーアイ ，英文名简称同样为MTI，在日本有移动梦工厂的美誉。
3、 微型直接甲醇燃料电池的应用前景
随着电子与信息技术飞速发展，各种微小型便携式电子产品如智能 手机、MP3、笔记本电脑、数码影像设备等不断更新新换代，功能日趋 多样化，功耗不断增加，然而目前常用的锂离子电池能量密度已接近理 论极限 ，已经无法满足人们对便携式电源的进一步需要。
微型直接甲醇直接燃料电池（Micro Direct Methanol Fuel Cell， μDMFC）具有能量密度高，环境友好，室温启动，结构简单，便于携 带以及燃料来源丰富、价格便宜、携带补充便捷等优点，可广泛应用于 微机电系统、微机器人、微电子设备、微型医疗器械、个人移动通讯设 备等，是一种具有广阔市场应用前景的高新技术。
组极板结构．流场结构中沟道宽度、深度以及梁宽 度是设计中最重要的几个参数。
图9μ结构示意图
(1）双极板
双极板（即流场流场板）的主要作用是支撑扩散层、引导 流体和传导电流。它是DMFC关键组件之一，而流场则是流场 板的核心部分。流场的作用有以下几点： 一、保证电极各部分可以获得充足均匀的燃料与氧化剂，保证 电流密度分布均匀，避免局部过热，提高燃料电池的寿命和性 能； 二、保证一定的流场线速度和压降，并利用尾气将生成物排出, 保证燃料电池正常运行； 三、可以提高燃料和氧化剂的利用率； 四、保证流场板的有效利用面积。
催化层介于质子交换膜和扩散层之间，是电化学反应发生的 场所。阳极通常采用铂（Pt）作为催化剂，用来增加甲醇反应的 活性，加入钌（Ru）是为了防止一氧化碳中毒，便于将铂催化 剂氧化甲醇所产生的一氧化碳，再进行氧化成二氧化碳。在阴极 通常只用铂作为催化剂。因为Pt和Ru属于贵重金属，为了减少催 化剂的使用量同时增加反应面积，采用贵金属粉末与碳粉混合， 将其涂布于碳布或质子交换膜上。
因此, 以现有的研究成果为基础, 将先进的MEMS 技术应用于高质量、高性 能的 MEMS 微型燃料电池的研制, 必将成为微型燃料电池研究与发展的主要方 向。
MEMS 微型燃料电池主要包括 MEMS 微型氢氧燃料电池(μPEMFC)、 MEMS 微型直接甲醇燃料电池(μDMFC) 、MEMS 微型直接甲酸燃料电池 (μDFAFC)和 MEMS 微型固体氧化物燃 料电池(μSOFC )。μPEMFC能量密度 高且启动速度快, 但燃料不宜储存和携带是限制其发展的关键问题；甲醇来源 丰富且便于携带和简易的操作条件是 μDMFC 的最大优点，缺点是甲醇渗透问 题；与前两者相比, μDFAFC则不存在燃料渗透问题, 但它的理论能量密度最低, 发展空间较小。μSOFC 具有最高的能量密度, 但其操作温度 太高, 只适合特殊 环 境使用。综 上所 述, μPEMFC 和 μDMFC 更适用于未来的微型武器系统和 便携式产品, 也是MEMS 微型燃料电池领域研究的热点。目前国际上关于 μPEMFC 和μDMFC 的研究方向主要集中在关键组件极板和膜电极两个方面。
(2） 质子交换膜
质子交换膜是由多孔性的固态高分子构成的，是一种选择透 过性膜，具有很好的热稳定性、化学稳定性、高机械强度、高质 子传导率。目前质子交换膜多采用全氟磺酸高分子膜，主要功能 传导离子和分隔两侧电极分开，防止燃料和氧化剂直接发生反应。 当孔内含有水分子时，具有离子传导性，因此膜中必须保持适当 的含水量，以避免膜产生局部脱水，从而降低离子传导性。 （3）催化层
尽管微型燃料电池具有广阔的应用前景与巨大的市场需求, 但是传统的加 工手段无法满足人们对其便携式以及大批量生产的要求, 限制了其进一步的 发展。
将MEMS 技术用于微型燃料电池的研究主要具有以下优势: ( 1) 可以将常规的微型燃料电池结构进行简化, 有效减少电池体积; ( 2) 可以制作出微型燃料电池极板复杂的流场结构, 控制燃料和空气( 氧气) 的流动, 提高电池的性能; ( 3) 更容易实现微型燃料电池的批量生产, 并降低成本； ( 4) 可以将微型燃料电池和功能器件集成到一个芯片上, 节省系统体积。
图8 μDMFC的原理结构图
点型流场由多个“岛”组成，利于生成物从体内排 出；但是在“岛”边界容易形成流场“死区”，严
重影2.响结电构池性能．螺旋蛇型流场入口到出口相对距
离化体较电在E长极体le，表内ct且面聚roμ具 分 集dDe有配而MA多均难FsC次匀以s主e方，排m要向但出b由l的是．y，阳变容栅M极化易型E，造流集A虽成场)流构然生兼板成反成顾、，应物了阴其物前C极O中在两2集气催者膜流电板极和包膜括电扩极散(层Me、m催br化an层e 和质 结构子的交优换点，膜尤。其适合作为微型直接甲醇燃料电池
μDMFC的原理及结构
1.原理 直接甲醇燃料电池——简称DMFC（Direct Methanol Fuel Cell）。它 是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省 去了氢的生产与存储。原理如下图所示，电极反应方程式如下：
阳极发生甲醇氧化反应：
阴极氧气被还原成水：
总反应：
报告人：刘士华 专业班级：物理电子学2012级 指导老师：索春光
相μMD关EMM背FS景C技的介术原绍在理μ及DM结F构C中 的应用
图2 燃料电池汽车
图1 航天用的燃料电池模块
图3 DMFC电子器件充电器(A)和DMFC 移动燃进展
微电子机械系统( micro electromechanical systems，MEMS)在信息、通 信、航空航天、生物、医疗、环保等领域都有广泛的应用前景。同时, MEM S也代表一种全新的工艺技术, 具有传统工艺所不具备的特性, 如, 更高的灵 敏度、更高的分辨率和稳定性等。机电系统微型化后, 电源装置将决定整个 系统的尺寸。鉴于此, 基于 MEMS技术的微能源 ( Power MEMS)技术应运而 生。