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摩托罗拉：利用半导体技术制造三维超小型燃料电池 |
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| http://cn.newmaker.com
5/9/2008 10:09:00 AM
日经BP社
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美国摩托罗拉在“Small Fuel Cells 2008”（美国亚特兰大，4月30日～5月2日）上，就具有三维构造的手机用超小型燃料电池的制造方法发表了题为“Fabrication of 3D Micro Fuel Cell for Cell Phone”的演讲。
摩托罗拉计划制造容积与现有手机配备的锂离子充电电池同为8mL，包含燃料电池单元、燃料盒及小型锂离子充电电池的燃料电池系统。8mL容积中，如果2mL是锂离子充电电池、4mL是燃料盒的话，电池单元就只有1mL左右。
因此，该公司此次制造的不是原来的二维（平面）单元，而是可以扩大单元反应面积的三维结构单元。具体是在硅晶圆上的1cm2面积上立体地形成六个单元集合体。一个单元体内集合有约100个圆筒状超小型单元。1个单元的尺寸为直径100μm×高100μm左右。
单元的圆筒内周由燃料极、电解质及空气极构成。燃料从硅晶圆下面开孔处供应，空气从圆筒侧面供应。制造将采用半导体制造工序（图1）。首先，在硅晶圆上形成需要实施四次光刻工序的互连结构。然后，利用干蚀刻（DRIE）在硅晶圆上开孔，并制成燃料H2的供应口。 
图1：三维单元的结构
之后，为了形成三维电极，首先要利用图形曝光技术形成高100μm左右的同心圆状筒状物。并在筒内充满含有PS（聚苯乙烯）微粒等的胶体溶液，使其干燥以形成PS微粒堆积物。
硅晶圆最上面预先形成了一层薄Au（金）层，PS微粒堆积物下面也是Au层。因此，利用从堆积物上面施加电场时发生的电镀原理，对PS微粒表面镀铜。然后，将原来同心圆状筒状物和PS微粒除去，便只剩下由同心圆状的铜形成的筒状物（图2）。从而成为兼作气体扩散层的电极（燃料极和空气极）。 
图2：兼作气体扩散层的电极结构
接下来，在该同心圆状电极内充入美国杜邦（DuPont）的氟类高分子材料“Nafion”溶剂，制作电解质膜。同时，密封上部以防止气体从燃料极和电解质膜处泄露，再通过最后工序将空气极表面处理干净，单元集合体就制成了。
目前，摩托罗拉正在优化最后工序，近期将公布燃料电池的性能。
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