專(zhuān)利名稱：帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型pemfc陰極極板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微能源和微機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型 PEMFC陰極極板及其制作方法。
背景技術(shù)：
微型燃料電池能將燃料(如甲醇、氫氣等)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。同其 他微型能源相比，其具有能量密度大，室溫工作，環(huán)保，無(wú)可移動(dòng)部件，燃料便 于存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)。微型燃料電池在便攜式電子設(shè)備(如筆記本電腦，PDA，數(shù)碼相 機(jī))，無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)(如手機(jī)，GPS，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn))，微型系統(tǒng)(如片上系統(tǒng)， SOC， MEMS器件組成的微系統(tǒng))等方面具有突出優(yōu)勢(shì)。利用成熟的MEMS技 術(shù)制作的微型硅基燃料電池具有精度高，重復(fù)性好，可以等比例縮放，批量生產(chǎn) 成本低等的優(yōu)點(diǎn)，并有望同其他MEMS器件和IC電路集成，促進(jìn)自供給、低成 本、高性能的微型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在燃料電池的工作過(guò)程中，陽(yáng)極反應(yīng)需要消耗水 分，而陰極的反應(yīng)則將生成水。同時(shí)質(zhì)子在穿過(guò)質(zhì)子交換膜的時(shí)候?qū)?huì)攜帶一部 分水穿過(guò)質(zhì)子交換膜。由于陰陽(yáng)兩極之間存在著不同的水含量，水的擴(kuò)散也是水 傳送的一個(gè)重要途徑。由于陰極的水產(chǎn)生與耗散不平衡，在陰極很容易出現(xiàn)積水 情況，這是在試驗(yàn)中多次被觀測(cè)到的現(xiàn)象。陰極地積水會(huì)影響氣體向電池內(nèi)部傳 輸以及氧氣與催化劑的接觸，從而造成電池性能的下降。因此，需要借助一些結(jié) 構(gòu)對(duì)陰極多余的積水進(jìn)行排除。
水管理目前采用的較多的一種方式是增加陰極一側(cè)氣體擴(kuò)散層的疏水性，造 成一個(gè)比較高的水壓，迫使水向陽(yáng)極擴(kuò)散，從而達(dá)到一個(gè)陰極水生成與消耗的平衡。如采用在陰極氣體擴(kuò)散層后附加了額外的疏水層或是在氣體擴(kuò)散層與質(zhì)子交
換膜(PEM)之間填充一些疏水性材料來(lái)改變整個(gè)氣體擴(kuò)散層的疏水性(Gregory Jewett， Zhen Guo， Amir Faghri, "Water and air management systems for a passive direct methanol fbel cell" ， Journal of Power Sources, 168, 2007， pp.434 - 446.)。這 種方法可以通過(guò)控制疏水層的厚度或者疏水區(qū)域的大小來(lái)控制陰極的整體疏水 效果，從而合理控制反向擴(kuò)散水的量。但是，這種方法同時(shí)存在很多問(wèn)題，--個(gè) 是由于這個(gè)水壓的存在造成陽(yáng)極向陰極的質(zhì)子傳輸受到一定的影響，在一定程度 上會(huì)影響電池的性能，另外一個(gè)是額外的疏水結(jié)構(gòu)會(huì)增加氣體擴(kuò)散通道，從而一 定程度上影響氣體擴(kuò)散，同樣會(huì)影響電池性能。
另一種水管理結(jié)構(gòu)則通過(guò)一些排水結(jié)構(gòu)排出陰極的水，或者回收之后補(bǔ)充到 陽(yáng)極，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極積水的排出，提高性能，同時(shí)又回收利用了生成的水。這 樣的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度略高，但是整體性能表現(xiàn)更好。這種方式目前很少有相關(guān)的報(bào)道。 文獻(xiàn)(Tobias Metza, Nils Paust, Claas M " uller, et al" "Passive water removal in fuel cells by capillary droplet actuation" , Sensors and Actuators: A, 143, 2008， pp.49 _ 57.)介紹了一種利用親水性的梯度變化驅(qū)動(dòng)水滴移動(dòng)從而將積水排除的 技術(shù)，但是其制作變化的親水梯度區(qū)域的方法較為復(fù)雜，成本較高，與傳統(tǒng)工藝 并不兼容。同時(shí)，他并不能很好的與原有電池極板實(shí)現(xiàn)集成，從而造成電池結(jié)構(gòu) 過(guò)于復(fù)雜。而文獻(xiàn)(Yun-Ju Chuang， Ching-Chang Chieng, Chin Pan, et al" "A spontaneous and passive waste-management device (PWMD) for a micro direct methanol fuel cell" , Journal of Micromechanics and Microengineering, 17, 2007， pp.915 -922)中設(shè)計(jì)了一種特定的陰極溝道結(jié)構(gòu)，其能將產(chǎn)生的積水收集到溝道 頂部的區(qū)域，保證陰極氣體溝道的暢通，但是由于溝道結(jié)構(gòu)具有特殊性，其不能 用硅工藝加工實(shí)現(xiàn)；電池產(chǎn)生的積水排除出電池較為閑難；同時(shí)，該結(jié)構(gòu)也無(wú)法用于被動(dòng)式電池陰極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC (質(zhì)子交換膜燃料電池) 陰極極板及其制作方法。
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板，其特征在于，微型PEMFC陰極 極板帶有毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)， 一系列親水性毛細(xì)孔陣列制作于陰極極板上，利用其毛 細(xì)作用排除陰極積水；所述毛細(xì)孔為刻蝕穿通陰極極板的孔；所述毛細(xì)孔陣列制 作于被動(dòng)式陰極極板窗格式結(jié)構(gòu)的窗脊上或是主動(dòng)式陰極極板的溝脊上。
所述毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)在毛細(xì)孔靠近膜電極一側(cè)制作親水性區(qū)域，以利于水的收 集和排出。
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板的制作方法，其特征在于，該方法 步驟如下，
(a) 在雙面拋光的n型<100>晶向的硅片上，熱氧化生長(zhǎng)30nm 150nm的 Si02，在壓力為20pa 40pa下淀積150nm 300nm的S^N4作為KOH體硅腐蝕 的掩蔽層；
(b) 第一次光刻，在硅片一側(cè)，采用正膠暗場(chǎng)的光刻板，進(jìn)行光刻，在被動(dòng)式 陰極上光刻出硅杯及毛細(xì)孔區(qū)或者在主動(dòng)式陰極上光刻出溝道區(qū)進(jìn)出口及毛細(xì) 孔區(qū)，此面為極板面向空氣一側(cè)，稱為硅片背面，然后用反應(yīng)離子刻蝕去除光刻 暴露的Si3N4，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35% 40%的氫氟酸按體積比氫氟酸:水=1: (100 200)配制的氫氟酸的水溶液刻蝕去除開(kāi)口區(qū)域的SiO"
(c) 60。C 8(TC水浴加熱，并超聲攪拌下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 35%的KOH 水溶液，體硅腐蝕硅片，腐蝕深度為200[im 300^im;
(d) 在硅片同膜電極接觸的一側(cè)，即硅片正面，利用正膠亮場(chǎng)光刻板，進(jìn)行第二次光刻，光刻出與膜電極接觸的電流收集層圖形，然后在曝光之后形成的光刻
膠圖形上濺射10nm 30nm的Ti，再濺射150nm 400nm的Pt作為電流收集層 金屬，其中，Ti為粘附層，Pt為導(dǎo)電層及抗腐蝕層；
(e) 采用正膠剝離技術(shù)，利用丙酮刻蝕光刻膠并剝離掉光刻膠上的金屬，最終 形成正面的電流收集層圖形；
(f) 在電流收集層金屬上濺射0.3pm l^im厚的金屬鋁作為感應(yīng)耦合離子刻蝕 的掩蔽層；
(g) 在濺射好的金屬鋁上，利用正膠暗場(chǎng)光刻板進(jìn)行第三次光刻，在被動(dòng)式陰 極上光刻出正面開(kāi)口及毛細(xì)孔區(qū)，或者，在主動(dòng)式陰極上光刻出溝道區(qū)域及毛細(xì) 孔區(qū)，然后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 15%的磷酸水溶液濕法腐蝕，去掉開(kāi)口區(qū)域的 金屬鋁；
Ol)利用感應(yīng)耦合離子刻蝕從金屬鋁一側(cè)進(jìn)行深刻蝕，直到所有的毛細(xì)孔均被 刻蝕穿通，之后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 15%的磷酸水溶液去除作為掩蔽層的金屬 鋁，最后利用氧等離子體對(duì)毛細(xì)孔內(nèi)壁和毛細(xì)孔端的親水區(qū)進(jìn)行表面處理，處理 時(shí)間為30 60分鐘，使其親水化。
本發(fā)明的有益效果為為了解決由于陰極積水造成電池性能和壽命下降的問(wèn) 題，本發(fā)明提供了帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板及其制作方法。
本發(fā)明的排水結(jié)構(gòu)制作工藝更為簡(jiǎn)單，并且與傳統(tǒng)工藝的兼容性更好，這有 利于實(shí)現(xiàn)電池與其他系統(tǒng)的集成，并且有利于大批量制作，從而降低成本。


圖1是帶排水結(jié)構(gòu)被動(dòng)式陰極極板面膜電極一側(cè)示意圖； 圖2是帶排水結(jié)構(gòu)被動(dòng)式陰極極板面空氣一側(cè)示意圖； 圖3是圖1中A-A'剖面圖；圖4是帶排水結(jié)構(gòu)主動(dòng)式陰極極板面膜電極一側(cè)示意圖5是帶排水結(jié)構(gòu)主動(dòng)式陰極極板面空氣一側(cè)示意圖6是圖4中B-B，剖面圖7是帶排水結(jié)構(gòu)被動(dòng)式陰極極板工藝流程圖8是帶排水結(jié)構(gòu)主動(dòng)式陰極極板工藝流程圖中標(biāo)號(hào)l-被動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)的圖形；2-被動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè) 的開(kāi)口； 3-被動(dòng)式陰極上的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)；4-被動(dòng)式陰極極板上毛細(xì)孔末端附近的 親水區(qū)域；5-被動(dòng)式陰極面空氣一側(cè)的圖形；6-被動(dòng)式陰極面空氣一側(cè)刻蝕的硅 杯結(jié)構(gòu)；7-被動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)表面的電流收集層金屬；8-主動(dòng)式陰極面膜 電極一側(cè)的圖形；9-主動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)制作的流體溝道結(jié)構(gòu)；10-主動(dòng)式陰 極極板上的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)；ll-主動(dòng)式陰極上毛細(xì)孔末端附近的親水區(qū)域；12-主動(dòng) 式陰極面空氣一側(cè)的結(jié)構(gòu)；13-主動(dòng)式陰極面空氣一側(cè)刻蝕出的硅槽和進(jìn)出口開(kāi) 口結(jié)構(gòu)；14-主動(dòng)式陰極極板面向膜電極一側(cè)表面的電流收集層金屬。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
實(shí)施例1
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板，微型PEMFC陰極極板帶有毛細(xì) 排水結(jié)構(gòu)， 一系列親水性毛細(xì)孔陣列制作于陰極極板上，利用其毛細(xì)作用排除陰 極積水；所述毛細(xì)孔為刻蝕穿通陰極極板的孔；所述毛細(xì)孔陣列制作于被動(dòng)式陰 極極板窗格式結(jié)構(gòu)的窗脊上；所述毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)在毛細(xì)孔靠近膜電極一側(cè)制作親 水性區(qū)域，以利于水的收集和排出。
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板的制作方法，該方法步驟如下， (a)在雙面拋光的n型<100>晶向的硅片上，熱氧化生長(zhǎng)50nm的Si02，壓力為25Pa下淀積200nm的Si3N4作為KOH體硅腐蝕的掩蔽層；
(b) 第一次光刻，在硅片一側(cè)，采用正膠暗場(chǎng)的光刻板，進(jìn)行光刻，在被動(dòng)式 陰極卜.光刻出硅杯區(qū)域(毛細(xì)孔區(qū)是在硅杯區(qū)域里邊)，此面為極板面向空氣一 側(cè)，稱為硅片背面，然后用反應(yīng)離子刻蝕去除光刻暴露的Si3N4，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%的氫氟酸按體積比氫氟酸:水=1:100配制的氫氟酸的水溶液刻蝕去除開(kāi)口區(qū) 域的Si02;
(c) 80 。C水浴加熱，在整個(gè)過(guò)程中加300W超聲攪拌下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33% 的KOH水溶液，體硅腐蝕硅片，腐蝕深度為250pm，超聲攪拌的作用在于能使 腐蝕中腐蝕面產(chǎn)生的氫氣及時(shí)離開(kāi)腐蝕面，防止其阻礙后續(xù)腐蝕，提高腐蝕的硅 表面的平整度；
(d) 在硅片同膜電極接觸的一側(cè)，即硅片正面，利用正膠亮場(chǎng)光刻板，進(jìn)行第 二次光刻，光刻出與膜電極接觸的電流收集層圖形，然后在曝光之后形成的光刻 膠圖形上濺射分別為20nm的Ti，再濺射200nm的Pt作為電流收集層金屬，其 中，Ti為粘附層，Pt為導(dǎo)電層及抗腐蝕層；
(e) 采用正膠剝離技術(shù)，利用丙酮刻蝕光刻膠并剝離掉光刻膠上的金屬，最終 形成正面的電流收集層圖形；剝離過(guò)程中采用附加超聲的方式加速剝離；
(f) 在電流收集層金屬上濺射1pm厚的金屬鋁作為感應(yīng)耦合離子刻蝕的掩蔽
層；
(g) 在濺射好的金屬鋁上，利用正膠暗場(chǎng)光刻板進(jìn)行第三次光刻，在被動(dòng)式陰 極上光刻出正面開(kāi)口及毛細(xì)孔區(qū)，然后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的磷酸水溶液濕法腐
蝕，去掉開(kāi)口區(qū)域的金屬鋁；
(h) 利用感應(yīng)耦合離子刻蝕從金屬鋁一側(cè)進(jìn)行深刻蝕，直到所有的毛細(xì)孔均被 刻蝕穿通，之后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的磷酸水溶液去除作為掩蔽層的金屬鋁，最后利用低溫氧等離子體對(duì)毛細(xì)孔內(nèi)壁和毛細(xì)孔端的親水區(qū)進(jìn)行表面處理，處理時(shí) 間為30分鐘，使其親水化(常溫低壓情況下，利用高頻電磁場(chǎng)使氧氣等離子體 化，用這種等離子體化的氧氣處理硅片表面，可以使其親水化)。帶排水結(jié)構(gòu)被
動(dòng)式陰極極板工藝流程圖如圖7所示。
圖1是帶排水結(jié)構(gòu)被動(dòng)式陰極極板面膜電極一側(cè)示意圖；圖中表示出被動(dòng)式 陰極面膜電極一側(cè)的圖形1、被動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)的開(kāi)口 2、被動(dòng)式陰極上 的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)3、被動(dòng)式陰極極板上毛細(xì)孔末端附近的親水區(qū)域4。
圖2是帶排水結(jié)構(gòu)被動(dòng)式陰極極板面空氣一側(cè)示意圖；圖中表示出被動(dòng)式陰 極面空氣一側(cè)的圖形5、被動(dòng)式陰極面空氣一側(cè)刻蝕的硅杯結(jié)構(gòu)6;
圖3是圖1中A-A'剖面圖；圖中表示出了被動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)表面的 電流收集層金屬7。
實(shí)施例2
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板，微型PEMFC陰極極板帶有毛細(xì) 排水結(jié)構(gòu)， 一系列親水性毛細(xì)孔陣列制作于陰極極板上，利用其毛細(xì)作用排除陰 極積水；所述毛細(xì)孔為刻蝕穿通陰極極板的孔；所述毛細(xì)孔陣列制作于主動(dòng)式陰 極極板的溝脊上；所述毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)在毛細(xì)孔靠近膜電極一側(cè)制作親水性區(qū)域， 以利于水的收集和排出。
帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板的制作方法，該方法步驟如下，
(a) 在雙面拋光的n型<100>晶向的硅片上，熱氧化生長(zhǎng)100nm的SiO2，在 壓力為30Pa下淀積300nm的SigN4作為KOH體硅腐蝕的掩蔽層；
(b) 第一次光刻，在硅片一側(cè)，采用正膠暗場(chǎng)的光刻板，進(jìn)行光刻，在主動(dòng)式 陰極上光刻出溝道區(qū)進(jìn)出口及毛細(xì)孔區(qū)，此面為極板面向空氣一側(cè)，稱為硅片背 面，然后用反應(yīng)離子刻蝕去除光刻暴露的Si3N4，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的氫氟酸按體積比氫氟酸:水=1:150配制的氫氟酸的水溶液刻蝕去除開(kāi)口區(qū)域的Si02;
(c) 7(TC水浴加熱，在整個(gè)過(guò)程中加250W超聲攪拌下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 的KOH水溶液，體硅腐蝕硅片，腐蝕深度為300]im，超聲攪拌的作用在于能使 腐蝕中腐蝕面產(chǎn)生的氫氣及時(shí)離開(kāi)腐蝕面，防止其阻礙后續(xù)腐蝕，提高腐蝕的硅 表面的平整度；
(d) 在硅片同膜電極接觸的一側(cè)，即硅片正面，利用正膠亮場(chǎng)光刻板，進(jìn)行第 二次光刻，光刻出與膜電極接觸的電流收集層圖形，然后在曝光之后形成的光刻 膠圖形上濺射分別為30nm的Ti，再濺射300nm的Pt作為電流收集層金屬，其 中，Ti為粘附層，Pt為導(dǎo)電層及抗腐蝕層；
(e) 采用正膠剝離技術(shù)，利用丙酮刻蝕光刻膠并剝離掉光刻膠上的金屬，最終 形成正面的電流收集層圖形；剝離過(guò)程中采用附加超聲的方式加速剝離；
(f) 在電流收集層金屬上濺射0.5,厚的金屬鋁作為感應(yīng)耦合離子刻蝕的掩蔽
層；
(g) 在濺射好的金屬鋁上，利用正膠暗場(chǎng)光刻板進(jìn)行第三次光刻，在主動(dòng)式陰 極上光刻出溝道區(qū)域及毛細(xì)孔區(qū)，然后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的磷酸水溶液濕法腐 蝕，去掉開(kāi)口區(qū)域的金屬鋁；
(h) 利用感應(yīng)耦合離子刻蝕從金屬鋁一側(cè)進(jìn)行深刻蝕，直到所有的毛細(xì)孔均被 刻蝕穿通，之后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的磷酸水溶液去除作為掩蔽層的金屬鋁，最 后進(jìn)行親水化處理，利用氧等離子體對(duì)毛細(xì)孔內(nèi)壁和毛細(xì)孔端的親水區(qū)進(jìn)行表面 處理60分鐘，使其親水化(常溫低壓情況下，利用高頻電磁場(chǎng)使氧氣等離子體 化，用這種等離子體化的氧氣處理硅片表面，可以使其親水化)。帶排水結(jié)構(gòu)主 動(dòng)式陰極極板工藝流程圖如圖8所示。
主動(dòng)式陰極極板和被動(dòng)式陰極極板采用相同的工藝制作流程，圖4是帶排水結(jié)構(gòu)主動(dòng)式陰極極板面膜電極一側(cè)示意圖；圖中表示出主動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè) 的圖形8、主動(dòng)式陰極面膜電極一側(cè)制作的流體溝道結(jié)構(gòu)9、主動(dòng)式陰極極板上 的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)10、主動(dòng)式陰極上毛細(xì)孔末端附近的親水區(qū)域11。
圖5是帶排水結(jié)構(gòu)主動(dòng)式陰極極板面空氣一側(cè)示意圖，圖中表示出主動(dòng)式陰 極面空氣一側(cè)的結(jié)構(gòu)12、主動(dòng)式陰極面空氣一側(cè)刻蝕出的硅槽和進(jìn)出U開(kāi)口結(jié)構(gòu) 13。
圖6是圖4中B-B'剖面圖，圖中表示出主動(dòng)式陰極極板面向膜電極一側(cè)表 面的電流收集層金屬14。
權(quán)利要求
1、帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板，其特征在于，微型PEMFC陰極極板帶有毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)，一系列親水性毛細(xì)孔陣列制作于陰極極板上，利用其毛細(xì)作用排除陰極積水；所述毛細(xì)孔為刻蝕穿通陰極極板的孔；所述毛細(xì)孔陣列制作于被動(dòng)式陰極極板窗格式結(jié)構(gòu)的窗脊上或是主動(dòng)式陰極極板的溝脊上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板，其特征 在于，所述毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)在毛細(xì)孔靠近膜電極一側(cè)制作親水性區(qū)域，以利于水的 收集和排出。
3、 帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板的制作方法，其特征在于，該方 法步驟如下，(a) 在雙面拋光的n型<100>晶向的硅片匕熱氧化牛長(zhǎng)30nm 150nm的 Si02，在壓力為20pa 40pa下淀積150nm 300nm的SigN4作為KOH體硅腐蝕 的掩蔽層；(b) 第一次光刻，在硅片一側(cè)，采用正膠暗場(chǎng)的光刻板，進(jìn)行光刻，在被動(dòng)式 陰極上光刻出硅杯及毛細(xì)孔區(qū)或者在主動(dòng)式陰極十-光刻出溝道區(qū)進(jìn)出U及毛細(xì) 孔區(qū)，此面為極板面向空氣一側(cè)，稱為硅片背面，然后ffl反應(yīng)離子刻蝕去除光刻 暴露的Si3N4，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35% 40%的氫氟酸按體積比氫氟酸:水=1: (100 200)配制的氫氟酸的水溶液刻蝕去除開(kāi)口區(qū)域的Si02;(c) 60。C 8(TC水浴加熱，并超聲攪拌下，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30% 35%的KOH 水溶液，體硅腐蝕硅片，腐蝕深度為20(^m 300pm;(d) 在硅片同膜電極接觸的一側(cè)，即硅片正面，利用正膠亮場(chǎng)光刻板，進(jìn)行第 二次光刻，光刻出與膜電極接觸的電流收集層圖形，然后在曝光之后形成的光刻 膠圖形上濺射10nm 30nm的Ti，再濺射150nm 400nm的Pt作為電流收集層金屬，其中，Ti為粘附層，Pt為導(dǎo)電層及抗腐蝕層；(e) 采用正膠剝離技術(shù)，利用丙酮刻蝕光刻膠并剝離掉光刻膠上的金屬，最終形成正面的電流收集層圖形；(f) 在電流收集層金屬上濺射0.3^im lMm厚的金屬鋁作為感應(yīng)耦合離子刻蝕的掩蔽層；(g) 在濺射好的金屬鋁上，利用正膠暗場(chǎng)光刻板進(jìn)行第三次光刻，在被動(dòng)式陰極上光刻出正面開(kāi)口及毛細(xì)孔區(qū)，或者，在主動(dòng)式陰極上光刻出溝道區(qū)域及毛細(xì)孔區(qū)，'然后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 15%的磷酸水溶液濕法腐蝕，去掉開(kāi)口區(qū)域的金屬鋁；Oi)利用感應(yīng)耦合離子刻蝕從金屬鋁一側(cè)進(jìn)行深刻蝕，直到所有的毛細(xì)孔均被刻蝕穿通，之后利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% 15%的磷酸水溶液去除作為掩蔽層的金屬鋁，最后利用氧等離子體對(duì)毛細(xì)孔內(nèi)壁和毛細(xì)孔端的親水區(qū)進(jìn)行表面處理，處理時(shí)間為30 60分鐘，使其親水化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于微能源和微機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域的帶毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)的微型PEMFC陰極極板及其制作方法。微型PEMFC陰極極板帶有毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)，一系列親水性毛細(xì)孔陣列制作于陰極極板上。所述毛細(xì)孔為刻蝕穿通陰極極板的孔。所述毛細(xì)孔陣列制作于被動(dòng)式陰極極板窗格式結(jié)構(gòu)的窗脊上或是主動(dòng)式陰極極板的溝脊上。所述毛細(xì)排水結(jié)構(gòu)在毛細(xì)孔靠近膜電極一側(cè)制作親水性區(qū)域。極板制作方法主要基于雙面光刻、體硅腐蝕和硅深孔刻蝕工藝。最后利用低溫氧等離子體表面處理工藝進(jìn)行表面親水化處理。本發(fā)明的排水結(jié)構(gòu)制作工藝更為簡(jiǎn)單，并且與傳統(tǒng)工藝的兼容性更好，這有利于實(shí)現(xiàn)電池與其他系統(tǒng)的集成，并且有利于大批量制作，從而降低成本。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101552343SQ200910083318
公開(kāi)日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者劉理天, 周彥安, 王曉紅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)