CN110243488A - 实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法 - Google Patents

实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法,包括聚酰亚胺薄膜以及设置于聚酰亚胺薄膜上的若干热电偶,该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜上的康铜热电极、铜热电极及保护层,其中,康铜热电极的一端及铜热电极的一端作为薄膜热电偶测量端,康铜热电极的另一端及铜热电极的另一端作为引脚与外接电路相连接,该热电偶能够对对氢燃料电池内部温度分布进行测量,且制作简单,成本低,制作时间较短。

Description

实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作 方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜热电偶及其制作方法,具体涉及一种实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(又称氢燃料电池,以下均称氢燃料电池)能将化学能无污染、高效地转化为电能,电池内部温度分布是影响其寿命、性能的重要因素之一,对内部温度分布进行测量显得非常重要。氢燃料电池单体膜厚度方向上尺度非常微小,且测量位置处于封闭狭小的空间,应极力避免测量对电池运行过程造成干扰。目前对氢燃料电池的温度测试,通常采用常规的电阻和热电偶的方法。但由于传统传感器的体积大、响应时间长,不适合用来测量氢燃料电池内部的瞬时温度。在不改变电池结构的条件下,红外成像技术不能观测电池内部温度,光纤光栅传感器无法对温度与应变加以区分。
采用MEMS技术制作的微型温度传感器具有非常广阔的应用前景,能用于实时监测电池内部的温度变化。但以往学者设计的微型温度传感器大多采用贵金属制作电阻型温度传感器,具有成本高、受压力影响大的缺点,而采用阵列式的热电偶对温度进行测量,具有可移动性差、适用对象唯一的缺点,开发经济实用极薄的微型温度传感器具有很大的研究及商业价值。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法,该热电偶能够对对氢燃料电池内部温度分布进行测量,且制作简单,成本低,制作时间较短。
为达到上述目的,本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶包括聚酰亚胺薄膜以及设置于聚酰亚胺薄膜上的若干热电偶,该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜上的康铜热电极、铜热电极及保护层,其中,康铜热电极的一端及铜热电极的一端构成的结点作为薄膜热电偶测量端,康铜热电极的另一端及铜热电极的另一端作为引脚与外接电路相连接。
聚酰亚胺薄膜的厚度为25微米;康铜热电极的厚度为0.2微米;铜热电极的厚度为0.3微米。
薄膜热电偶测量端的尺寸为100微米×100微米。
在测量时,将所述实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶夹装于氢燃料电池中膜电极组件与流场板之间,且聚酰亚胺薄膜上设置有热电极的面朝向膜电极组件,薄膜热电偶测量端与氢燃料电池的膜电极组件绝缘。
本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶的制作方法包括以下步骤:
1)对聚酰亚胺薄膜进行清洗;
2)在聚酰亚胺薄膜上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜上出现康铜热电极的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜表面;
3)采用磁控溅射***在聚酰亚胺薄膜上溅射康铜薄膜,再进行去胶处理,得康铜热电极,得试片;
4)在步骤3)得到的试片上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜上出现铜热电极的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜的表面;
5)采用电子束蒸镀***在经步骤4)处理后的试片表面蒸镀铜薄膜,再进行去胶处理,得铜热电极;
6)在经步骤5)处理后的试片上进行涂胶,得保护层,然后通过光刻显影,使得与外接电路相连接的引脚裸露出来,再对保护层进行固化,得实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶。
保护层的材质为光刻胶AZ4620。
步骤6)中对保护层进行固化的具体过程为:将试片放置到110℃的环境下烘烤30min。
步骤2)中空气等离子体的轰击时间为2min;
步骤4)中空气等离子体的轰击时间为2min。
步骤1)的具体操作为:
将聚酰亚胺薄膜通过去离子水进行清洗,再放入丙酮溶液中,并超声振荡3min,以去除聚酰亚胺薄膜表面的油脂。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶及其制作方法在具体操作时,聚酰亚胺薄膜上设置有若干热电偶,在测量时,将该***式薄膜热电偶***于氢燃料电池的内部,以实现对氢燃料电池内部温度分布的测量,另外,需要说明的是,本发明所述的***式薄膜热电偶采用柔韧度较高的聚酰亚胺薄膜作为基底,以增加薄膜热电偶嵌入到氢燃料电池内部进行温度测量的耐用性,同时测量时不受氢燃料电池结构限制。另外,在制备时采用较为成熟的技术,能够实现流水线作业及批量生产,制作简单,成本低,且制作时间较短。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明测量时的示意图。
其中,1为薄膜热电偶测量端、2为聚酰亚胺薄膜、3为康铜热电极、4为铜热电极、5为保护层、6为膜电极组件、7为流场板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参考图1,本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶包括聚酰亚胺薄膜2以及设置于聚酰亚胺薄膜2上的若干热电偶,该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜2上的康铜热电极3、铜热电极4及保护层5,其中,康铜热电极3的一端及铜热电极4的一端作为薄膜热电偶测量端1,康铜热电极3的另一端及铜热电极4的另一端作为引脚与外接电路相连接。
聚酰亚胺薄膜2的厚度为25微米;康铜热电极3的厚度为0.2微米;铜热电极4的厚度为0.3微米;薄膜热电偶测量端1的尺寸为100微米×100微米。
参考图2,在测量时,将所述实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶夹装于氢燃料电池中膜电极组件6与流场板7之间,且聚酰亚胺薄膜2上设置有热电极3的面朝向膜电极组件6,薄膜热电偶测量端1与氢燃料电池的膜电极组件6绝缘,另外,为使***氢燃料电池内部的薄膜热电偶不会造成反应气体泄漏,在***薄膜热电偶一侧的密封圈进行点胶。
本发明所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶的制作方法包括以下步骤:
1)对聚酰亚胺薄膜2进行清洗;
2)在聚酰亚胺薄膜2上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜2上出现康铜热电极3的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜2表面;
3)采用磁控溅射***在聚酰亚胺薄膜2上溅射康铜薄膜,再进行去胶处理,得康铜热电极3,得试片;
4)在步骤3)得到的试片上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜2上出现铜热电极4的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜2的表面;
5)采用电子束蒸镀***在经步骤4)处理后的试片表面蒸镀铜薄膜,再进行去胶处理,得铜热电极4;
6)在经步骤5)处理后的试片上进行涂胶,得保护层5,然后通过光刻显影,使得与外接电路相连接的引脚裸露出来,再对保护层5进行固化,得实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶。
保护层5的材质为光刻胶AZ4620。
步骤6)中对保护层5进行固化的具体过程为:将试片放置到110℃的环境下烘烤30min。
步骤2)中空气等离子体的轰击时间为2min;
步骤4)中空气等离子体的轰击时间为2min。
步骤1)的具体操作为:将聚酰亚胺薄膜2通过去离子水进行清洗,再放入丙酮溶液中,并超声振荡3min,以去除聚酰亚胺薄膜2表面的油脂。
采用本发明可以实现多个薄膜热电偶灵活地***氢燃料电池内部对温度分布进行测量,可以实现流水线作业及批量生产,既能保证薄膜热电偶的***不会造成气体的泄漏,又能使得基底具有很好的柔韧度,以增加薄膜热电偶***到氢燃料电池内部进行温度测量的耐用性。使用场合不受氢燃料电池结构限制,方便实现对氢燃料电池内部温度的快速测量。
上述仅本发明较佳可行的实施例而已,非因此局限本发明保护范围,依照上述实施例所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶,其特征在于,包括聚酰亚胺薄膜(2)以及设置于聚酰亚胺薄膜(2)上的若干热电偶,该热电偶包括依次覆盖于聚酰亚胺薄膜(2)上的康铜热电极(3)、铜热电极(4)及保护层(5),其中,康铜热电极(3)的一端及铜热电极(4)的一端构成的结点作为薄膜热电偶测量端(1),康铜热电极(3)的另一端及铜热电极(4)的另一端作为引脚与外接电路相连接。
2.根据权利要求1所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶,其特征在于,聚酰亚胺薄膜(2)的厚度为25微米;康铜热电极(3)的厚度为0.2微米;铜热电极(4)的厚度为0.3微米。
3.根据权利要求1所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶,其特征在于,薄膜热电偶测量端(1)的尺寸为100微米×100微米。
4.根据权利要求1所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶,其特征在于,在测量时,将所述实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶夹装于氢燃料电池中膜电极组件(6)与流场板(7)之间,且聚酰亚胺薄膜(2)上设置有康铜热电极(3)的面朝向膜电极组件(6),薄膜热电偶测量端(1)与氢燃料电池的膜电极组件(6)绝缘。
5.一种权利要求1所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)对聚酰亚胺薄膜(2)进行清洗;
2)在聚酰亚胺薄膜(2)上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜(2)上出现康铜热电极(3)的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜(2)表面;
3)采用磁控溅射***在聚酰亚胺薄膜(2)上溅射康铜薄膜,再进行去胶处理,得康铜热电极(3),得试片;
4)在步骤3)得到的试片上进行涂胶,然后曝光显影,使得聚酰亚胺薄膜(2)上出现铜热电极(4)的图案,再通过空气等离子体轰击聚酰亚胺薄膜(2)的表面;
5)采用电子束蒸镀***在经步骤4)处理后的试片表面蒸镀铜薄膜,再进行去胶处理,得铜热电极(4);
6)在经步骤5)处理后的试片上进行涂胶,得保护层(5),然后通过光刻显影,使得与外接电路相连接的引脚裸露出来,再对保护层(5)进行固化,得实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶。
6.根据权利要求5所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶制作方法,其特征在于,保护层(5)的材质为光刻胶AZ4620。
7.根据权利要求5所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶制作方法,其特征在于,步骤6)中对保护层(5)进行固化的具体过程为:将试片放置到110℃的环境下烘烤30min。
8.根据权利要求5所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶制作方法,其特征在于,步骤2)中空气等离子体的轰击时间为2min;步骤4)中空气等离子体的轰击时间为2min。
9.根据权利要求5所述的实时测量氢燃料电池内部温度的***式薄膜热电偶制作方法,其特征在于,步骤1)的具体操作为:
将聚酰亚胺薄膜(2)通过去离子水进行清洗,再放入丙酮溶液中,并超声振荡3min,以去除聚酰亚胺薄膜(2)表面的油脂。
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