MEMS微型燃料電池堆結構設計與系統集成技術研究

《MEMS微型燃料電池堆結構設計與系統集成技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由張宇峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：MEMS微型燃料電池堆結構設計與系統集成技術研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張宇峰

項目摘要

微型燃料電池是MEMS技術領域的研究熱點，因其能量密度高、持續工作能力強、快速啟動等優點有望成為微系統中最具前途的微能源方式。MEMS微型燃料電池堆是將各個單體集成形成堆結構來滿足實際套用需求，目前在理論建模、結構最佳化和系統集成等方面的不足限制了實用化的發展。本課題在微型燃料電池單體數學模型的基礎上提出了MEMS微型燃料電池堆結構的等效電路模型,對級聯方式和燃料供給模式等進行最佳化設計；突破MEMS微型燃料電池堆集成結構加工、封裝等關鍵技術，對電池堆樣品進行了性能測試與模型驗證；提出了一種基於MEMS微型燃料電池的微能源系統綜合設計方法，實現基於MEMS微型燃料電池的微能源系統，進行系統測試並驗證設計方法。本課題研究涉及到電子、化學、材料、新能源等研究領域，是典型的多學科交叉前沿課題，將為新一代MEMS微能源技術在微系統和電子系統的套用奠定堅實的科學與技術基礎。

結題摘要

微型燃料電池是MEMS 技術領域的研究熱點，因其能量密度高、持續工作能力強、快速啟動等優點有望成為微系統中最具前途的微能源方式。MEMS 微型燃料電池堆是將各個單體集成形成堆結構來滿足實際套用需求，目前在理論建模、結構最佳化和系統集成等方面的不足限制了實用化的發展。課題研究目標是在前期工作基礎上提出MEMS 微型燃料電池堆結構模型並進行最佳化設計，突破集成結構加工、封裝等關鍵技術，實現電池堆樣品進行了 性能測試與模型驗證；在此基礎上實現基於MEMS 微型燃料電池的微能源系統，進行系統測試。本項目首先採用“灰匣子模型”理論方法建立 MEMS微型燃料電池堆的等效電路模型；利用模型進行仿真分析了燃料濃度、溫度等參數對電池堆極化特性的影響，對微型燃料電池堆結構進行了最佳化設計；在此基礎上採用微加工方法實現了微型燃料電池堆微反應腔及微溝道並完成電池堆封裝，進行性能分析並驗證理論模型；實現了基於MEMS微型燃料電池的微能源系統並完成了性能測試分析。MEMS微型燃料電池堆樣品有效尺寸20×20×10 mm3（計畫核心尺寸20×20×10mm3），室溫下輸出電壓1.8——5V多路穩定輸出，室溫下最大輸出功率密度545mW（計畫最大輸出功率不小於500mW）。在國際SCI檢索期刊發表學術論文 19 篇，影響因子總和達60以上（計畫發表學術論文不少於 12 篇，其中 SCI 或 EI 檢索不少於 8篇）；專著兩篇；申請國家發明專利8項，其中獲得專利授權5 項（計畫申請發明專利不少於4 項）；培養博士研究生畢業 4 名（其中1人獲得2016年中國電子學會優秀博士論文提名獎），碩士研究生畢業5 名。本項目全面地超額完成了計畫書所規定的各項任務。 本課題研究涉及到電子、化學、材料、新能源等研究領域，是典型的多學科交叉前沿課題，所取得研究成果將為MEMS 微能源技術在微系統和電子系統的套用奠定堅實的科學與技術基礎。