ES2372755B1 - POLYMER FUEL CELL. - Google Patents
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Abstract
Celda de combustible polimérica.#La presente invención se refiere a una celda combustible polimérica fabricada con la fotoresina SU-8, todos los componentes de la celda de combustible, colectores de corriente y MEA, están fabricados en base a este mismo material. Además la presente invención también se refiere a su procedimiento de obtención y a los usos de dicha celda combustible.Polymeric fuel cell. # The present invention relates to a polymeric fuel cell manufactured with the SU-8 photoresin, all components of the fuel cell, current collectors and MEA, are manufactured based on this same material. In addition, the present invention also relates to its method of obtaining and the uses of said fuel cell.
Description
Celda combustible polimérica. Polymeric fuel cell.
La presente invención se refiere a una celda combustible polimérica fabricada con la fotorresina SU-8, todos los componentes de la celda de combustible, colectores de corriente y MEA, están fabricados en base a este mismo material. Además la presente invención también se refiere a su procedimiento de obtención y a los usos de dicha celda combustible. The present invention refers to a polymeric fuel cell manufactured with the SU-8 photoresin, all the components of the fuel cell, current collectors and MEA, are manufactured based on this same material. Furthermore, the present invention also refers to its method of obtaining and the uses of said fuel cell.
Estado de la técnica anterior Prior art
La demanda de fuentes de energía miniaturizadas ha aumentado rápidamente en los últimos años debido a la difusión de los equipos electrónicos portátiles. Se han desarrollado numerosas estrategias diferentes para abordar esta necesidad haciendo uso de las tecnologías de micromecanizado. A este respecto, las micropilas de combustible han adquirido gran interés como fuentes de energía portátiles debido a su elevada eficiencia y densidad energética teóricas. Las pilas de combustible aseguran un suministro de energía portátil más duradero y de mayor fiabilidad que las pilas convencionales, ya que su energía se almacena como combustible, en lugar de ser parte de la fuente energética (A. Kundu et al. Journal of Power Sources, 170 (1) (2007) 67-78 y en S. K. Kamarudin et al. Journal of Power Sources, 163 (2) (2007) 743-754). La miniaturización de estos dispositivos generadores de energía promete mayor eficiencia y rendimiento, pero la completa integración del sistema sigue siendo un reto clave. En la mayoría de los casos descritos, las arquitecturas de las micropilas de combustible requieren envoltorios complejos y voluminosos para mantener juntos los componentes. Sin embargo, se han ideado diseños innovadores de micropilas de combustible como alternativas para conseguir sistemas de gran compacidad (N. Kuriyama et al. Sensors and Actuators A: Physical, 145-146 (2008) 354362). The demand for miniaturized energy sources has increased rapidly in recent years due to the spread of portable electronic equipment. Numerous different strategies have been developed to address this need using micromachining technologies. In this regard, fuel micropiles have acquired great interest as portable energy sources due to their high efficiency and theoretical energy density. Fuel cells ensure a more durable and more reliable portable power supply than conventional batteries, since their energy is stored as fuel, rather than being part of the energy source (A. Kundu et al. Journal of Power Sources , 170 (1) (2007) 67-78 and in SK Kamarudin et al. Journal of Power Sources, 163 (2) (2007) 743-754). The miniaturization of these power generating devices promises greater efficiency and performance, but complete system integration remains a key challenge. In most of the cases described, the architectures of the fuel micropiles require complex and bulky wrappings to hold the components together. However, innovative designs of fuel micropiles have been devised as alternatives to achieve highly compact systems (N. Kuriyama et al. Sensors and Actuators A: Physical, 145-146 (2008) 354362).
En la búsqueda de un dispositivo totalmente integrado y de bajo coste, se han propuesto recientemente materiales poliméricos para la producción de los componentes de las micropilas de combustible. Debido a que sus procedimientos de microfabricación son rápidos y versátiles, los polímeros han demostrado ya ser adecuados para una serie de funciones y aplicaciones en chips (G. S. Fiorini, D. T. Chiu, BioTechniques, 38 (3) (2005) 18). En los últimos años se han descrito estrategias interesantes en relación con desarrollos de micropilas de combustible, por ejemplo, Shah y col. en Sensors and Actuators B: Chemical, 97 (2-3) (2004) 157-167, usaron distintas técnicas de microfabricación para desarrollar una micropila de combustible con polidimetilsiloxano (PDMS) como soporte y carcasa de la pila y Chan y col, en Journal of Micromechanics and Microengineering, 15 (1) (2005) 231-236, aplicaron las técnicas de micromecanizado para producir microcanales con forma de campana de Gauss en polimetacrilato de metilo (PMMA) por medio de un láser de CO2, obteniendo una micropila de combustible de alta potencia alimentada por hidrógeno. Además, las resinas sensibles a UV como SU-8 han demostrado ser candidatos excelentes para obtener componentes poliméricos de pequeño tamaño y microestructura de gran precisión (A. d. Campo, C. Greiner, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17 (6) (2007) R81), por ejemplo, Hsieh y col. (en Microsystem Technologies,10(2) (2004) 121 -126) describieron el uso de resinas sensibles a UV metalizadas como placas de campo de flujo y Cha y col. (en Electrochimica Acta, 50 (2-3) (2004) 795-799) usaron el mismo material para fabricar colectores de corriente en uno de los primeros intentos descritos de obtención de una microDMFC totalmente polimérica. Recientemente, Weinmueller y col. (en Journal of Power Sources, 195 (12) (2010) 3849-3857) describieron una micropila de combustible de conversión directa de metanol basada en la microestructuración de una película delgada de polímero fotosensible metalizada, en la que se enfatizaron las aptitudes flexibles de la resina SU-8. In the search for a fully integrated and low-cost device, polymeric materials have recently been proposed for the production of the components of the fuel micropiles. Because their microfabrication procedures are fast and versatile, polymers have already proven to be suitable for a number of functions and applications in chips (G. S. Fiorini, D. T. Chiu, BioTechniques, 38 (3) (2005) 18). In recent years, interesting strategies have been described in relation to developments of fuel micropiles, for example, Shah et al. in Sensors and Actuators B: Chemical, 97 (2-3) (2004) 157-167, they used different microfabrication techniques to develop a micropile of fuel with polydimethylsiloxane (PDMS) as support and battery housing and Chan et al, in Journal of Micromechanics and Microengineering, 15 (1) (2005) 231-236, applied micromachining techniques to produce Gaussian bell-shaped microchannels in methyl polymethacrylate (PMMA) by means of a CO2 laser, obtaining a micropile of high power fuel powered by hydrogen. In addition, UV-sensitive resins such as SU-8 have proven to be excellent candidates for obtaining small-sized polymeric components and high-precision microstructure (A. d. Campo, C. Greiner, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17 (6) ( 2007) R81), for example, Hsieh et al. (in Microsystem Technologies, 10 (2) (2004) 121-126) described the use of metallized UV sensitive resins as flow field plates and Cha et al. (in Electrochimica Acta, 50 (2-3) (2004) 795-799) used the same material to make current collectors in one of the first described attempts to obtain a fully polymeric microDMFC. Recently, Weinmueller et al. (in Journal of Power Sources, 195 (12) (2010) 3849-3857) described a micropile of methanol direct conversion fuel based on the microstructuring of a thin film of metallized photosensitive polymer, in which the flexible abilities of SU-8 resin.
Descripción de la invención Description of the invention
La presente invención proporciona una celda de combustible polimérica que comprende un ensamblaje electrodomembrana (MEA) emparedado entre dos colectores de corriente. The present invention provides a polymeric fuel cell comprising an electrodomembrane assembly (MEA) sandwiched between two current collectors.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una celda de combustible polimérica, que comprende: A first aspect of the present invention relates to a polymeric fuel cell, which comprises:
- a. to.
- una membrana emparedada entre dos colectores de corriente, y a sandwich membrane between two current collectors, and
- b. b.
- dos electrodos que se encuentran unidos cada uno a ambas caras de la membrana o en cada uno de los colectores de corriente, two electrodes that are each attached to both sides of the membrane or in each of the current collectors,
caracterizada porque la membrana comprende un polímero SU-8 microporoso, un polímero de intercambio protónico y donde los colectores de corriente comprenden el polímero SU-8 microporoso parcialmente metalizado. characterized in that the membrane comprises a microporous SU-8 polymer, a proton exchange polymer and where the current collectors comprise the partially metallized microporous SU-8 polymer.
Está parcialmente metalizado, ya que como se muestra en la figura 1, la zona metalizada del colector es la que solapa con la correspondiente zona activa de la membrana, siendo la zona activa (también denominada de unión) de la membrana la zona microporosa rellena de polímero de intercambio protónico. It is partially metallized, since as shown in Figure 1, the metallic zone of the collector is the one that overlaps with the corresponding active zone of the membrane, the active zone (also called the junction) of the membrane being the microporous zone filled with proton exchange polymer.
En la presente invención se entiende por “SU-8”, a una fotoresina polimérica de base epoxídica, en concreto se refiere a un glicidil-éter derivado del Bisfenol-A novolac. In the present invention, "SU-8" is understood as an epoxy based polymeric photoresin, in particular it refers to a glycidyl ether derived from Bisphenol-A novolac.
En una realización preferida el electrodo comprende al menos un catalizador que se selecciona de entre platino, rutenio, osmio, estaño, cobalto, paladio o cualquiera de sus combinaciones. In a preferred embodiment the electrode comprises at least one catalyst that is selected from platinum, ruthenium, osmium, tin, cobalt, palladium or any combination thereof.
En otra realización preferida el electrodo es en base de carbono cuando está depositado sobre la membrana, formando en este caso un ensamblaje electrodo-membrana (MEA). In another preferred embodiment the electrode is carbon based when deposited on the membrane, in this case forming an electrode-membrane assembly (MEA).
En una realización preferida el polímero de intercambio protónico está solidificado en los microporos del polímero SU-8. In a preferred embodiment, the proton exchange polymer is solidified in the micropores of the SU-8 polymer.
Preferiblemente el polímero de intercambio protónico es Nafion. Preferably the proton exchange polymer is Nafin.
En una realización preferida el polímero SU-8 microporoso tiene un tamaño de poro de entre 50 y 500 μm. In a preferred embodiment the microporous SU-8 polymer has a pore size between 50 and 500 µm.
Preferiblemente la distancia entre los microporos del SU-8 es de entre 10 y 500 μm. Preferably the distance between the micropores of the SU-8 is between 10 and 500 μm.
En otra realización preferida el espesor de la membrana es menor a 200 μm. In another preferred embodiment the thickness of the membrane is less than 200 μm.
Preferiblemente el colector de corriente de SU-8 está metalizado parcialmente con una capa de metales por la cara que está en contacto con la membrana. Preferably the SU-8 current collector is partially metallized with a layer of metals on the face that is in contact with the membrane.
En una realización preferida la capa de metales se selecciona de entre titanio, níquel, oro, cromo o cualquiera de sus combinaciones. In a preferred embodiment the metal layer is selected from titanium, nickel, gold, chromium or any combination thereof.
En otra realización preferida el espesor de la capa de metales es de entre 5 y 5000 nm. In another preferred embodiment the thickness of the metal layer is between 5 and 5000 nm.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de la celda de combustible de la invención que comprende las etapas: In a second aspect, the present invention relates to a method of obtaining the fuel cell of the invention comprising the steps:
- a. to.
- relleno de la estructura microporosa del polímero SU-8 con el polímero de intercambio protónico, Filling the microporous structure of the SU-8 polymer with the proton exchange polymer,
- b. b.
- protección de las zonas de unión estructura microporosa obtenida en (a), protection of the microporous structure junction zones obtained in (a),
- c. C.
- deposición del electrodo sobre las dos caras del producto obtenido en (b), deposition of the electrode on both sides of the product obtained in (b),
- d. d.
- protección de la zona de unión del polímero SU-8 de los colectores de corriente, protection of the SU-8 polymer junction zone from current collectors,
- e. and.
- metalización parcial de los colectores de corriente obtenidos en (d), y partial metallization of the current collectors obtained in (d), and
- f. F.
- ensamblaje del producto obtenido en (c) con el producto obtenido en (e). assembly of the product obtained in (c) with the product obtained in (e).
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere al procedimiento de obtención de la celda de combustible de la invención, que comprende las etapas: A third aspect of the present invention refers to the method of obtaining the fuel cell of the invention, which comprises the steps:
- a. to.
- relleno de la estructura microporosa del polímero SU-8 con el polímero de intercambio protónico, Filling the microporous structure of the SU-8 polymer with the proton exchange polymer,
- b. b.
- protección de la zona de unión del polímero SU-8 de los colectores de corriente. protection of the bonding zone of the SU-8 polymer from the current collectors.
- c. C.
- metalización parcial de los colectores de corriente obtenidos en (b), partial metallization of the current collectors obtained in (b),
- d. d.
- deposición del electrodo sobre la cara metalizada del producto obtenido en (c), y deposition of the electrode on the metallic face of the product obtained in (c), and
- e. and.
- ensamblaje del producto obtenido en (a) con el producto obtenido en (d). assembly of the product obtained in (a) with the product obtained in (d).
En una realización preferida el procedimiento de la presente invención además comprende una etapa previa a la etapa (a) de litografía con UV de la superficie del polímero SU-8, para formar las microperforaciones o microporos. In a preferred embodiment the process of the present invention further comprises a stage prior to step (a) of UV lithography of the surface of the SU-8 polymer, to form the microperforations or micropores.
Preferiblemente el relleno de la etapa (a) se realiza con una disolución que comprende el polímero de intercambio iónico y una posterior evaporación del disolvente. Este relleno se realiza con el fin de proveer de la conductividad iónica requerida a las membranas de SU-8. Preferably the filling of step (a) is carried out with a solution comprising the ion exchange polymer and a subsequent evaporation of the solvent. This filling is done in order to provide the ionic conductivity required to the SU-8 membranes.
En una realización preferida la protección de la zona de unión se realiza mediante la deposición de polidimetilsiloxano (PDMS) o un poliacetato, que actúa como sombra sobre el colector de corriente para impedir la deposición metálica sobre el área activa central, y sobre la membrana para impedir la deposición del electrodo sobre el área activa central. In a preferred embodiment the protection of the junction zone is carried out by deposition of polydimethylsiloxane (PDMS) or a polyacetate, which acts as a shadow on the current collector to prevent metal deposition on the central active area, and on the membrane to prevent the deposition of the electrode on the central active area.
Preferiblemente la deposición del electrodo se realiza por pulverización o por electrodeposición, y más preferiblemente el depósito tiene una carga de metal entre 0,1 a 4 mg/cm−2. La deposición se puede realizar con una mezcla de PtRu/C para la zona anódica y de Pt/C para la zona catódica. Preferably the deposition of the electrode is performed by spraying or electrodeposition, and more preferably the deposit has a metal charge between 0.1 to 4 mg / cm². The deposition can be done with a mixture of PtRu / C for the anodic zone and Pt / C for the cathodic zone.
Para proveer de conductividad eléctrica a los colectores de corriente, en una realización preferida la metalización parcial de los colectores se realiza mediante la pulverización catódica de metales. En una realización más preferida los metales se seleccionan de entre titanio, níquel, cromo o cualquiera de sus combinaciones. Y en otra realización más preferida la capa metálica obtenida por pulverizado tiene un espesor de entre 20 y 60 nm. To provide electrical conductivity to the current collectors, in a preferred embodiment the partial metallization of the collectors is carried out by means of cathodic metal spraying. In a more preferred embodiment the metals are selected from titanium, nickel, chromium or any combination thereof. And in another more preferred embodiment the metal layer obtained by spraying has a thickness between 20 and 60 nm.
En otra realización preferida el procedimiento de la invención además comprende un electrodepósito de metales sobre la superficie metalizada obtenida anteriormente por pulverizado. En una realización más preferida los metales se seleccionan de entre níquel, oro, cromo o cualquiera de sus combinaciones. Y en otra realización más preferida el espesor de la capa metálica obtenida por electrodepósito es de entre1y5 μm. In another preferred embodiment, the process of the invention further comprises an electrodeposition of metals on the metallized surface previously obtained by spraying. In a more preferred embodiment the metals are selected from among nickel, gold, chromium or any combination thereof. And in another more preferred embodiment the thickness of the metal layer obtained by electrodeposition is between 1 and 5 μm.
Una vez obtenidos los componentes de la celda de combustible por separado, se puede colocar por alienación los colectores a ambos lados de la membrana, formando un emparedado. Once the fuel cell components are obtained separately, the collectors can be placed by alienation on both sides of the membrane, forming a sandwich.
Preferiblemente el ensamblaje de la celda de combustible se realiza mediante prensado en caliente entre dos colectores de corriente obtenidos en (d) a una temperatura de entre 80 y 200ºC y a una presión de entre 1 y 20 atm. Después del ensamblaje se puede enfriar por convención natural. Preferably, the fuel cell assembly is carried out by hot pressing between two current collectors obtained in (d) at a temperature between 80 and 200 ° C and at a pressure between 1 and 20 atm. After assembly it can be cooled by natural convention.
Preferiblemente el ensamblaje de la celda de combustible se realiza con un material que se selecciona de entre metacrilato, policetona, policarbonato o un derivado acrílico. Encapsulando los componentes entre dos piezas de dichos materiales, pudiéndose apretar mediante tornillos. Preferably the fuel cell assembly is made with a material that is selected from methacrylate, polyketone, polycarbonate or an acrylic derivative. Encapsulating the components between two pieces of said materials, being able to be tightened by screws.
En una realización preferida el procedimiento de la presente invención además comprende el fresado del producto ensamblado, para permitir el acceso de los reactantes, los cuales puede ser cualquier combustible con aire. In a preferred embodiment the process of the present invention further comprises milling the assembled product, to allow access of the reactants, which can be any fuel with air.
Por “fresado” en la presente invención se entiende por el corte de un material mecanizado, realizado con una herramienta rotativa de varios filos. By "milling" in the present invention is meant the cutting of a machined material, made with a rotary tool of several rows.
Las vistas del ensamblaje de la celda de combustible se muestran en la figura 2. The views of the fuel cell assembly are shown in Figure 2.
Un tercer aspecto de la presente invención se refiere al uso de la celda de combustible descrita anteriormente, para la obtención de energía donde el combustible se selecciona de entre alcohol, hidrógeno, ácido fórmico o glucosa En una realización preferida el combustible de alcohol se selecciona de entre metanol o etanol. Y en una realización más preferida el combustible es metanol. A third aspect of the present invention refers to the use of the fuel cell described above, for obtaining energy where the fuel is selected from alcohol, hydrogen, formic acid or glucose. In a preferred embodiment the alcohol fuel is selected from between methanol or ethanol. And in a more preferred embodiment the fuel is methanol.
Ya que las dimensiones de la celda de combustible pueden ser del orden de micrómetros, una posibilidad de la presente invención es la obtención de una microDMFC compacta (micropila de combustible de conversión directa de metanol) en la que todos los componentes están fabricados con la resina SU-8. Además, el presente desarrollo no solamente saca ventaja de las propiedades mecánicas y de estructuración mencionadas para esta resina, sino que también explota la capacidad que presentan los componentes de SU-8 de unirse entre sí por un procedimiento de prensado en caliente para obtener una micropila de combustible de conversión directa de metanol compacta. Adicionalmente, cuestiones tales como la reducción de la complejidad del dispositivo han determinado el diseño de este, concebido para funcionar en condiciones de operación pasiva (transporte del combustible por difusión) con una cantidad mínima de catalizador de Pt. Como se mostrará a continuación, en primer lugar se caracterizan y validan independientemente todos los componentes de la pila de combustible. Después se lleva a cabo el ensamblaje con el fin de evaluar el rendimiento de la pila de combustible para concentraciones de metanol y temperaturas diferentes. Since the dimensions of the fuel cell can be of the order of micrometers, one possibility of the present invention is to obtain a compact microDMFC (direct conversion methanol fuel micropile) in which all components are made of the resin SU-8. In addition, the present development not only takes advantage of the mechanical and structuring properties mentioned for this resin, but also exploits the ability of SU-8 components to join together by a hot pressing process to obtain a micropile of direct conversion fuel for compact methanol. Additionally, issues such as reducing the complexity of the device have determined its design, designed to operate under passive operation conditions (diffusion transport of fuel) with a minimum amount of Pt catalyst. As will be shown below, in First, all the components of the fuel cell are independently characterized and validated. The assembly is then carried out in order to evaluate the performance of the fuel cell for methanol concentrations and different temperatures.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Throughout the description and the claims the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention. The following examples and drawings are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention.
Descripción de las figuras Description of the fi gures
Figura 1. Vista en despiece de los componentes de SU-8 de la celda de combustible en la que se identifican las partes principales. Figure 1. Exploded view of the SU-8 components of the fuel cell in which the main parts are identified.
Figura 2. Muestra las vistas de la celda de combustible, a) Muestra el despiece de los componentes del SU-8 de la celda de combustible sin el polímero de intercambio protónico, b) Muestra la sección transversal de la celda de combustible montada, c) Muestra el despiece de los componentes de SU-8 de la celda de combustible con el polímero de intercambio protónico y la metalización parcial de los colectores, y d) muestra el esquema de la celda de combustible montada. Figure 2. Shows the views of the fuel cell, a) Shows the exploded view of the components of the SU-8 of the fuel cell without the proton exchange polymer, b) Shows the cross section of the mounted fuel cell, c ) Shows the exploded view of the SU-8 components of the fuel cell with the proton exchange polymer and the partial metallization of the manifolds, and d) shows the diagram of the assembled fuel cell.
Figura 3. Ilustraciones y vistas de sección transversal de las diferentes etapas de fabricación del ensamblaje electrodo-membrana: a) membrana porosa de SU-8 liberada del sustrato, b) relleno de los microporos con Nafion® yc) deposición de los electrodos a base de carbono. Las ampliaciones muestran un área circular de 5 mm de diámetro. Figure 3. Illustrations and cross-sectional views of the different manufacturing stages of the electrode-membrane assembly: a) porous SU-8 membrane released from the substrate, b) micropore filling with Nafin® and c) deposition of the base electrodes carbon The extensions show a circular area of 5 mm in diameter.
Figura 4. Gráfico de Nyquist de las medidas de EIS para diferentes membranas de SU-8 rellenas de Nafion® a temperatura ambiente en aire. El inserto muestra un detalle de los valores de alta frecuencia de la impedancia. Figure 4. Nyquist graph of the EIS measurements for different SU-8 membranes filled with Nafon® at room temperature in air. The insert shows a detail of the high frequency values of the impedance.
Figura 5. Curvas de polarización de la micropila de combustible de SU-8 prensada por una carcasa exterior funcionando con concentraciones de metanol de2My4Mados temperaturas. Figure 5. Polarization curves of the SU-8 fuel micropile pressed by an outer casing operating with methanol concentrations of 2M and 4Mode temperatures.
Figura 6. a) Ilustración de los dos ensamblajes de la micropila de combustible durante la caracterización. b) Vista lateral de la micropila de combustible de SU-8 (la barra de escala en el recuadro corresponde a 200 μm). Figure 6. a) Illustration of the two assemblies of the fuel micropile during characterization. b) Side view of the SU-8 fuel micropile (the scale bar in the box corresponds to 200 μm).
Figura 7. Curvas de polarización de la micropila de combustible de SU-8 compacta funcionando con concentraciones de metanol de2My4Mados temperaturas. Figure 7. Polarization curves of the compact SU-8 fuel micropile operating with methanol concentrations of 2M and 4Moint temperatures.
Ejemplos Examples
A continuación se ilustrará la invención mediante unos ensayos realizados por los inventores, que pone de manifiesto la especificidad y efectividad de la celda o pila de combustible polimérica, su procedimiento de obtención y su uso con un combustible alcohólico. The invention will now be illustrated by tests carried out by the inventors, which demonstrates the specificity and effectiveness of the polymer fuel cell or cell, its method of obtaining and its use with an alcoholic fuel.
El objetivo del presente ejemplo fue obtener un diseño sencillo y compacto de una micropila de combustible. Por esta razón, el sistema se basa en una alimentación de metanol y aire por difusión, que reduce la complejidad y permite descartar todo dispositivo auxiliar. La micropila de combustible consta de un ensamblaje de tres componentes hechos de la fotorresina SU-8: un ensamblaje electrodo-membrana (MEA) emparedado entre dos colectores de corriente. La figura 1 representa una vista en despiece de la micropila de combustible propuesta que muestra la estructura del MEA y los colectores de corriente. The objective of the present example was to obtain a simple and compact design of a fuel micropile. For this reason, the system is based on a feed of methanol and diffusion air, which reduces complexity and allows discarding any auxiliary device. The fuel micropile consists of a three-component assembly made of the SU-8 photoresist: an electrode-membrane (MEA) assembly sandwiched between two current collectors. Figure 1 represents an exploded view of the proposed fuel micropile showing the structure of the MEA and the current collectors.
El MEA consta de una membrana de un tamaño de 10 x 10 mm con un área central de 5 x 5 mm, provista de una disposición ordenada de microporos en cuadrícula. Estos microporos están rellenos con un polímero de intercambio protónico y son responsables de la conductividad protónica de la membrana de SU-8. En esta configuración, la estructura de SU-8 actúa como soporte mecánico del polímero conductor protónico y, al mismo tiempo, ofrece la posibilidad de unirse directamente a los otros componentes de SU-8 de la pila de combustible. The MEA consists of a membrane of a size of 10 x 10 mm with a central area of 5 x 5 mm, provided with an orderly arrangement of micropores in a grid. These micropores are filled with a proton exchange polymer and are responsible for the proton conductivity of the SU-8 membrane. In this configuration, the SU-8 structure acts as a mechanical support for the proton conductive polymer and, at the same time, offers the possibility of directly joining the other SU-8 components of the fuel cell.
Se estableció un espesor total de la membrana de SU-8 de 170 μm, ya que este es el espesor nominal de una película de Nafion® 117, la membrana electrolítica polimérica que se usa típicamente en las pilas de combustible de conversión directa de metanol. Se fabricaron membranas con tres diseños de disposición diferentes; la longitud del lado de los microporos se fijó en 250 μm y se definieron razones de abertura de membrana crecientes estableciendo separaciones entre los poros de 250 μm, 100 μmy50 μm, con el fin de maximizar el área de conductividad protónica sin comprometer la estabilidad mecánica de la estructura de SU-8. Después de ello, el área activa se recubrió con una capa delgada de electrodos a base de carbono. El marco de SU-8 alrededor del área activa se dejó descubierto para la unión posterior con los colectores de corriente. A total thickness of the SU-8 membrane of 170 μm was established, since this is the nominal thickness of a film of Nafon® 117, the polymer electrolytic membrane that is typically used in direct conversion methanol fuel cells. Membranes were manufactured with three different layout designs; the micropore side length was set at 250 μm and increasing membrane opening ratios were defined by establishing separations between the pores of 250 μm, 100 μm and 50 μm, in order to maximize the area of proton conductivity without compromising the mechanical stability of The structure of SU-8. After that, the active area was coated with a thin layer of carbon-based electrodes. The SU-8 frame around the active area was left uncovered for subsequent connection with the current collectors.
Los colectores de corriente de SU-8 tienen un tamaño de 10 x 14 mm y un espesor de 250 μm. Las estructuras están provistas también de una rejilla de agujeros de paso sobre un área de 5 x 5 mm, coincidente con el área activa del MEA. De este modo, las estructuras de SU-8 actúan como colectores de corriente y, al mismo tiempo, suministran los reactantes a ambos lados del MEA por difusión. En este caso, se fabricaron dos diseños diferentes de colector de corriente para los lados del ánodo y del cátodo; ambos diseños están provistos de agujeros de paso en cuadrícula de 100 μm de lado, pero las separaciones entre los agujeros se establecen como 50 μm en el ánodo y 100 μm en el cátodo. Se ha demostrado que en una microDMFC pasiva, el desequilibrio entre las razones de abertura del cátodo y el ánodo evita la inundación del cátodo y minimiza el traspaso de metanol. Un marco alrededor de la cuadricula de agujeros se dejó descubierto para permitir la unión al MEA, como se indica en la figura 1. The SU-8 current collectors have a size of 10 x 14 mm and a thickness of 250 μm. The structures are also provided with a grid of passage holes over an area of 5 x 5 mm, coinciding with the active area of the MEA. In this way, the SU-8 structures act as current collectors and, at the same time, supply the reactants on both sides of the MEA by diffusion. In this case, two different current collector designs were manufactured for the anode and cathode sides; both designs are provided with holes of passage in grid of 100 μm of side, but the separations between the holes are established as 50 μm in the anode and 100 μm in the cathode. It has been shown that in a passive microDMFC, the imbalance between the reasons for opening the cathode and the anode prevents the cathode flooding and minimizes the transfer of methanol. A frame around the hole grid was left uncovered to allow attachment to the MEA, as indicated in Figure 1.
Fabricación y caracterización de los componentes de SU-8 de la pila de combustible Manufacture and characterization of the SU-8 components of the fuel cell
El procedimiento de fotolitografía se optimizó para obtener estructuras liberadas de SU-8 adecuadas, capaces de unirse entre sí por un procedimiento posterior de prensado en caliente. Algunos parámetros de litografía, como los tiempos de calentamiento y la dosis de exposición, deben ajustarse para encontrar un compromiso entre una exposición total y un nivel de polimerización de la fotorresina adecuado para la unión térmica. The photolithography procedure was optimized to obtain suitable SU-8 released structures, capable of joining each other by a subsequent hot pressing procedure. Some lithography parameters, such as heating times and exposure dose, must be adjusted to find a compromise between a total exposure and a level of polymerization of the photoresist suitable for thermal bonding.
La litografía de los componentes de SU-8 se realizó en obleas de Si de 100 mm y de 500 μm de espesor, pulidas por un solo lado. La primera etapa consistió en la deposición de una capa sacrificial que debe eliminarse al final del procedimiento para liberar las estructuras de SU-8. Para ello, se aplica una capa de OmnicoatTM (Microchem Corp., MA, EEUU) sobre el sustrato por centrifugación (velocidad: 2.000 rpm, tiempo: 35 s), a lo que sigue una etapa de calentamiento a 200ºC durante 1 min para evaporar el disolvente. A partir de este punto se usaron procedimientos diferentes para la fabricación de los colectores de corriente y los ensamblajes electrodo-membrana. Los colectores de corriente se fabricaron usando una sola capa de SU-8 100, mientras que las membranas necesitaron un procedimiento multicapa de SU-8 50 (ambos de Microchem Corp., MA, EEUU). The lithography of the SU-8 components was performed on Si wafers of 100 mm and 500 μm thick, polished on one side only. The first stage consisted of the deposition of a sacrificial layer that must be removed at the end of the procedure to release the SU-8 structures. For this, a layer of OmnicoatTM (Microchem Corp., MA, USA) is applied on the substrate by centrifugation (speed: 2,000 rpm, time: 35 s), followed by a heating stage at 200 ° C for 1 min to evaporate the solvent From this point on, different procedures were used for the manufacture of current collectors and electrode-membrane assemblies. The current collectors were manufactured using a single layer of SU-8 100, while the membranes required a multilayer SU-8 50 procedure (both from Microchem Corp., MA, USA).
Fabricación del ensamblaje electrodo-membrana Electrode-membrane assembly manufacturing
La fabricación del ensamblaje electrodo-membrana de SU-8 consta de una serie de pasos que pueden agruparse en tres etapas principales: 1) obtención de las estructuras de fotorresina por un procedimiento de litografía con UV; 2) funcionalización de las membranas por relleno de las cavidades en dichas membranas con un polímero de intercambio protónico y 3) deposición del electrodo a base de carbón por pulverización con aire comprimido. Cada una de estas etapas se describe en detalle en las secciones siguientes y puede seguirse en la figura 3. The manufacture of the SU-8 electrode-membrane assembly consists of a series of steps that can be grouped into three main stages: 1) obtaining the photoresist structures by a UV lithography procedure; 2) functionalization of the membranes by filling the cavities in said membranes with a proton exchange polymer and 3) deposition of the carbon-based electrode by spraying with compressed air. Each of these stages is described in detail in the following sections and can be followed in Figure 3.
Estructura porosa de SU-8 Porous structure of SU-8
La membrana de SU-8 está compuesta de dos capas de SU-8. La primera capa define una disposición ordenada de microporos en cuadrícula sobre un área de 5x5 mm centrada en la membrana. La segunda capa define un marco de 2,5 mm de ancho alrededor de la disposición de microporos. Para su fabricación, la primera capa de SU-8 50 se aplicó por centrifugación a 2.000 rpm durante 35 s para obtener un espesor de 50 μm. El calentamiento ligero de esta capa constó de 60 min a 25ºC, 6 min a 65ºC, 30 min a 95ºC y 10 horas de enfriamiento hasta 25ºC en una placa caliente, con aumentos lineales entre las temperaturas. La exposición a UV se realizó con un alineador de máscaras MA6/BA6 (Karl Süss MicroTec GmbH, Alemania) a una dosis de 190 mJ cm−2, usando una lámina transparente impresa como máscara para definir la membrana con la disposición de microporos. El calentamiento después de la exposición constó de 1 min a 65ºC en una placa caliente seguido de 5 min a 95ºC en un horno de convección. Después se aplicó la segunda capa de SU-8 50 por centrifugación a 1.000 rpm durante 35 s para obtener un espesor de 120 μm. El calentamiento ligero de esta segunda capa constó de 60 min a 25ºC, 6 min a 65ºC, 60 min a 75ºC y 10 horas de enfriamiento hasta 25ºC en una placa caliente. La exposición de esta capa se realizó con una dosis de 270 mJ cm−2, usando una máscara para definir el marco alrededor de la disposición de microporos in la membrana. El calentamiento después de la exposición constó de 1 min a 65ºC en una placa caliente seguido de 12 min a 95ºC en un horno de convección. Finalmente, las dos capas se revelaron simultáneamente durante 30 min con agitación en el revelador mr-600 Dev (Micro Resist Technologies GmbH, Alemania) y después se lavaron en 2-propanol y agua desionizada. Para liberar del sustrato las estructuras de SU-8 reveladas se eliminó la capa de OmnicoatTM poniendo las obleas en remojo con agitación en el revelador ma-D 332/S (Micro Resist Technologies GmbH, Alemania). La duración de esta etapa varió desde algunos minutos hasta varias horas, en función del diseño geométrico de la estructura de SU-8. La figura 3a muestra una ilustración y una vista de sección transversal de la membrana porosa de SU-8 fabricada. The SU-8 membrane is composed of two layers of SU-8. The first layer defines an orderly arrangement of grid micropores over a 5x5 mm area centered on the membrane. The second layer defines a 2.5 mm wide frame around the micropore arrangement. For its manufacture, the first SU-8 50 layer was applied by centrifugation at 2,000 rpm for 35 s to obtain a thickness of 50 μm. The light heating of this layer consisted of 60 min at 25 ° C, 6 min at 65 ° C, 30 min at 95 ° C and 10 hours of cooling to 25 ° C on a hot plate, with linear increases between temperatures. The UV exposure was performed with an MA6 / BA6 mask aligner (Karl Süss MicroTec GmbH, Germany) at a dose of 190 mJ cm − 2, using a transparent sheet printed as a mask to define the membrane with the micropore arrangement. Heating after exposure consisted of 1 min at 65 ° C on a hot plate followed by 5 min at 95 ° C in a convection oven. The second SU-8 50 layer was then applied by centrifugation at 1,000 rpm for 35 s to obtain a thickness of 120 μm. The light heating of this second layer consisted of 60 min at 25 ° C, 6 min at 65 ° C, 60 min at 75 ° C and 10 hours of cooling to 25 ° C on a hot plate. The exposure of this layer was done with a dose of 270 mJ cm − 2, using a mask to define the frame around the micropore arrangement in the membrane. Heating after exposure consisted of 1 min at 65 ° C on a hot plate followed by 12 min at 95 ° C in a convection oven. Finally, the two layers were developed simultaneously for 30 min with stirring in the developer mr-600 Dev (Micro Resist Technologies GmbH, Germany) and then washed in 2-propanol and deionized water. To release the revealed SU-8 structures from the substrate, the OmnicoatTM layer was removed by soaking the wafers with stirring in the developer ma-D 332 / S (Micro Resist Technologies GmbH, Germany). The duration of this stage varied from a few minutes to several hours, depending on the geometric design of the SU-8 structure. Figure 3a shows an illustration and a cross-sectional view of the manufactured SU-8 porous membrane.
Membranas de SU-8 rellenas de Nafion® SU-8 membranes filled with Nafon®
Con el fin de proveer de la conductividad protónica requerida a las membranas de SU-8, sus microperforaciones se rellenaron con una disolución líquida de un polímero de intercambio protónico (en este caso, una disolución perfluorada de la resina Nafion® al 20% en peso en alcoholes alifáticos inferiores y agua de Sigma-Aldrich) que solidificó después de la evaporación del disolvente. Las cavidades vacías de ambas capas de SU-8 (la rejilla de 50 μm de espesor y el marco de 120 μm de espesor) se rellenaron con volúmenes de 20-25 μl de la disolución, dependiendo del diseño de la membrana, por medio de una micropipeta. El marco cuadriculado definido por el segundo nivel de litografía sirvió como reservorio de disolución de Nafion® durante el rellenado y la evaporación posterior del disolvente. De este modo, el Nafion® pudo limitarse al área deseada, evitando cualquier goteo o derrame, y el contenido en cada membrana se controló de manera precisa. La figura 3b muestra una ilustración y una vista de sección transversal de la membrana porosa de SU-8 rellena de Nafion®. In order to provide the SU-8 membranes with the required proton conductivity, their microperforations were filled with a liquid solution of a proton-exchange polymer (in this case, a perforated solution of the 20% Nafon® resin by weight in lower aliphatic alcohols and Sigma-Aldrich water) which solidified after evaporation of the solvent. The empty cavities of both SU-8 layers (the 50 μm thick grid and the 120 μm thick frame) were filled with 20-25 μl volumes of the solution, depending on the membrane design, by means of a micropipette The grid frame defined by the second level of lithography served as a Nafon® solution reservoir during refilling and subsequent evaporation of the solvent. In this way, Nafon® could be limited to the desired area, avoiding any dripping or spillage, and the content in each membrane was precisely controlled. Figure 3b shows an illustration and a cross-sectional view of the porous SU-8 membrane filled with Nafon®.
Las aptitudes de las membranas de SU-8 rellenas de Nafion® respecto a la conductividad protónica se evaluaron por espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). Dado que la disolución de la resina Nafion® usada para rellenar las membranas se suministró en forma protonada (H+ ), no fue necesario activar las membranas antes de la medición. Por lo tanto, las membranas solamente se hidrataron poniéndolas a remojo en agua desionizada a 80ºC durante3henel interior de un soporte hecho a medida con el fin de evitar la deformación de la estructura de SU-8 por la temperatura. El montaje usado para obtener las medidas constó de una pila electroquímica simétrica en la que las membranas se colocaron entre dos placas delgadas de Pt. Las medidas de EIS se realizaron mediante un analizador de impedancia/ganancia-fase (SI 1260, Solartron Analytical) en el intervalo de frecuencias de 0,1 Hz a 1 MHzyauna pequeña amplitud de CA en el intervalo entre 25 y 100 mV a temperatura ambiente en aire ambiental saturado de agua (humedad ambiental = 100%). Los espectros de impedancia se adquirieron y analizaron con los programas informáticos ZPIot y ZView. Antes de medir la conductividad de la membrana los electrodos de la pila se cortocircuitaron para determinar la resistencia de contacto. Esta resistencia en serie se consideró como una compensación para las medidas de la pila. La figura 4 muestra el gráfico de Nyquist de las medidas de EIS obtenidas de los diferentes tipos de membrana. El inserto muestra un detalle del intervalo de alta frecuencia de la impedancia. Los valores de la conductividad protónica de las membranas se calcularon según un procedimiento de análisis descrito en la publicación de P. Esquivel et al. Journal of Micromechanics and Microengineering, 19 (6) (2009) 065006. La tabla 1 muestra un resumen de las características principales de las membranas medidas y los valores calculados para la conductividad protónica. The aptitudes of the Na-on®-filled SU-8 membranes with respect to proton conductivity were evaluated by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Since the solution of the Nafon® resin used to fill the membranes was supplied in protonated form (H +), it was not necessary to activate the membranes before measurement. Therefore, the membranes were only hydrated by soaking them in deionized water at 80 ° C during the interior of a custom made support in order to avoid deformation of the SU-8 structure by temperature. The assembly used to obtain the measurements consisted of a symmetric electrochemical cell in which the membranes were placed between two thin Pt plates. The EIS measurements were performed using an impedance / gain-phase analyzer (SI 1260, Solartron Analytical) in the frequency range of 0.1 Hz to 1 MHz and a small AC amplitude in the range between 25 and 100 mV at room temperature in ambient air saturated with water (ambient humidity = 100%). The impedance spectra were acquired and analyzed with the ZPIot and ZView software. Before measuring the conductivity of the membrane the electrodes of the battery were short-circuited to determine the contact resistance. This series resistance was considered as compensation for the battery measurements. Figure 4 shows the Nyquist graph of the EIS measurements obtained from the different types of membrane. The insert shows a detail of the high frequency range of the impedance. The values of the proton conductivity of the membranes were calculated according to an analysis procedure described in the publication of P. Esquivel et al. Journal of Micromechanics and Microengineering, 19 (6) (2009) 065006. Table 1 shows a summary of the main characteristics of the measured membranes and the calculated values for proton conductivity.
Puede observarse que la conductividad protónica obtenida para las membranas híbridas (σtotal) fue de 10 ± 1, 23 ± 1y28 ± 1mScm−1 para las membranas A, B y C, respectivamente. Estos valores se obtuvieron considerando un área de membrana efectiva de 5 x 5 mm (Atotal), es decir, incluyendo la contribución de la parte de SU8 no activa de la membrana. Teniendo en cuenta solamente el área rellena con el polímero Nafion®, los valores de la conductividad asociados con el electrolito (σactiva) resultaron ser muy similares entre todas las membranas, con valores de aproximadamente 43 ± 2mScm−1. Estos resultados confirman la correcta funcionalidad del polímero conductor protónico una vez incorporado en la matriz porosa de SU-8. La variabilidad encontrada en el valor de la conductividad para las diferentes matrices de soporte podría atribuirse a ligeras discrepancias en el espesor real de la membrana respecto al valor de 170 μm usado para los cálculos. It can be seen that the protonic conductivity obtained for the hybrid membranes (σ total) was 10 ± 1, 23 ± 1 and 28 ± 1mScm − 1 for the membranes A, B and C, respectively. These values were obtained considering an effective membrane area of 5 x 5 mm (Atotal), that is, including the contribution of the non-active part of the membrane SU8. Taking into account only the area filled with the Nafon® polymer, the conductivity values associated with the electrolyte (σactive) turned out to be very similar between all membranes, with values of approximately 43 ± 2mScm − 1. These results confirm the correct functionality of the proton conductive polymer once incorporated into the porous matrix of SU-8. The variability found in the conductivity value for the different support matrices could be attributed to slight discrepancies in the actual thickness of the membrane with respect to the value of 170 μm used for the calculations.
Después de las mediciones, todas las membranas fabricadas mostraron una buena estabilidad mecánica. No se observó ninguna fractura o combado significativo, lo que prueba que la matriz de SU-8 fue capaz de contener la expansión volumétrica del Nafion® hidratado sin que su estructura quedara afectada. Por este motivo, se usaron las membranas de SU-8 con la mayor razón de abertura para fabricar los MEA para la micropila de combustible. After measurements, all manufactured membranes showed good mechanical stability. No fracture or significant combustion was observed, which proves that the SU-8 matrix was able to contain the volumetric expansion of hydrated Naphon® without its structure being affected. For this reason, the SU-8 membranes were used with the highest opening ratio to manufacture the MEAs for the fuel micropile.
TABLA 1 TABLE 1
Resumen de los parámetros de las membranas y las conductividades protónicas medidas Summary of membrane parameters and measured proton conductivities
Capas de electrodos a base de carbono Carbon based electrode layers
La deposición del catalizador se realizó mediante la pulverización de una tinta catalítica sobre las membranas seleccionadas. Con el fin de definir el área activa donde depositar el catalizador, las membranas se colocaron entre láminas de plástico de las que se recortaron cuadrados de5x5mm. De este modo, las láminas actuaron como plantilla durante la pulverización del catalizador. La preparación de la suspensión de catalizador se realizó por mezcla del catalizador (PtRu/C al 30% en peso, razón atómica Pt:Ru 1:1, para el ánodo y Pt/C al 40% en peso para el cátodo, Johnson Matthey), con una disolución al 5% del ionómero Nafion® (Aldrich), isopropanol (Merck) y agua Milli-Q. El contenido de Nafion® en la tinta fue del 55% en peso. La cantidad de Nafion® en la tinta ha sido optimizada para evitar la inundación de los electrodos o la disminución del rendimiento de la pila individual. La suspensión se dispersó en un baño de ultrasonidos durante 45 minutos. Después, la tinta se pulverizó sobre una cara de la membrana y el proceso general se repitió para depositar el catalizador en la otra cara de la membrana. En cada caso, la carga metálica fue de 1,0 mg cm−2. La figura 3c muestra una ilustración y una vista de sección transversal del MEA de SU-8 obtenido. The deposition of the catalyst was performed by spraying a catalytic ink on the selected membranes. In order to define the active area to deposit the catalyst, the membranes were placed between plastic sheets from which squares of 5x5mm were cut. Thus, the sheets acted as a template during catalyst pulverization. The catalyst suspension was prepared by mixing the catalyst (PtRu / C 30% by weight, atomic ratio Pt: Ru 1: 1, for the anode and Pt / C 40% by weight for the cathode, Johnson Matthey ), with a 5% solution of the Nafin® (Aldrich) ionomer, isopropanol (Merck) and Milli-Q water. The content of Na fi on® in the ink was 55% by weight. The amount of Nafon® in the ink has been optimized to prevent flooding of the electrodes or decrease the performance of the individual battery. The suspension was dispersed in an ultrasonic bath for 45 minutes. Then, the ink was sprayed on one side of the membrane and the general process was repeated to deposit the catalyst on the other side of the membrane. In each case, the metal load was 1.0 mg cm − 2. Figure 3c shows an illustration and a cross-sectional view of the SU-8 MEA obtained.
Fabricación de los colectores de corriente de la pila de combustible Manufacture of fuel cell current collectors
Para la fabricación de los colectores de corriente de SU-8, se aplicó una capa de SU-8 100 sobre la oblea por centrifugación a 1.000 rpm durante 35 s para obtener una capa de 250 μm de espesor. El calentamiento ligero constó de una serie de pasos térmicos realizados sobre una placa caliente, comenzando con un período de reposo de 60 min a 25ºC, seguido de 6 min a 65ºC, 90 min a 95ºC y 10 horas de enfriamiento hasta 25ºC. La exposición a UV se realizó con una dosis de 400 mJ cm−2. El calentamiento después de la exposición constó de 1 min a 65ºC en una placa caliente seguido de 20 min a 95ºC en un horno de convección. Finalmente, la capa se reveló en mr-600Dev con agitación durante1hyluego se lavó en 2-propanol y agua desionizada. Los colectores de SU-8 revelados se liberaron del sustrato eliminando la capa de OmnicoatTM en el revelador ma-D 332/S con agitación. For the manufacture of the SU-8 current collectors, a layer of SU-8 100 was applied on the wafer by centrifugation at 1,000 rpm for 35 s to obtain a 250 μm thick layer. The light heating consisted of a series of thermal steps performed on a hot plate, beginning with a rest period of 60 min at 25 ° C, followed by 6 min at 65 ° C, 90 min at 95 ° C and 10 hours of cooling to 25 ° C. UV exposure was performed with a dose of 400 mJ cm − 2. Heating after exposure consisted of 1 min at 65 ° C on a hot plate followed by 20 min at 95 ° C in a convection oven. Finally, the layer was developed in mr-600Dev with stirring for 1 hour and then washed in 2-propanol and deionized water. The revealed SU-8 collectors were released from the substrate by removing the OmnicoatTM layer in the ma-D 332 / S developer with stirring.
Con el fin de proveer de conductividad eléctrica a los colectores de corriente se depositó una bicapa de 50 nm de Ti y 50 nm de Ni por pulverización catódica (MRC-903, MRC Systems) sobre una de sus lados. Una pieza a medida de polidimetilsiloxano (PDMS) se colocó como máscara de sombra sobre el colector de corriente para impedir la deposición metálica sobre el área activa central de 5 x 5 mm. De este modo, la superficie alrededor del área activa mantiene el SU-8 expuesto y disponible para unirse directamente al MEA de SU-8 por prensado en caliente. Después de esto, la máscara de PDMS se despegó de la estructura de SU-8, dejando la capa metálica en los puntos deseados. La capa aplicada por pulverización catódica se usó entonces como capa madre para la electrodeposición de una capa de Nide1,5 μm de espesor y una capa delgada de Au para evitar la oxidación. In order to provide the current collectors with electrical conductivity, a bilayer of 50 nm of Ti and 50 nm of Ni was deposited by sputtering (MRC-903, MRC Systems) on one of its sides. A custom piece of polydimethylsiloxane (PDMS) was placed as a shadow mask over the current collector to prevent metal deposition on the central active area of 5 x 5 mm. Thus, the surface around the active area keeps the SU-8 exposed and available to join directly to the SU-8 MEA by hot pressing. After this, the PDMS mask took off from the SU-8 structure, leaving the metal layer at the desired points. The cathodic spray applied layer was then used as the mother layer for the electrodeposition of a 1.5 μm thick Nide layer and a thin Au layer to prevent oxidation.
La resistividad eléctrica de los colectores de corriente de SU-8 se caracterizó mediante medidas de cuatro sondas, realizadas en una muestra de prueba con la misma metalización pero de las dimensiones apropiadas. La resistencia laminar del metal dio como resultado un valor de 46,6 mΩ por cuadrado, lo que estuvo en concordancia con la resistencia nominal de los materiales para el espesor depositado. The electrical resistivity of the SU-8 current collectors was characterized by measurements of four probes, performed in a test sample with the same metallization but of the appropriate dimensions. The sheet metal strength resulted in a value of 46.6 mΩ per square, which was in accordance with the nominal strength of the materials for the deposited thickness.
Resultados y discusión Results and Discussion
Ensamblaje y caracterización de la micropila de combustible Assembly and characterization of the fuel micropile
Una vez obtenidos todos los componentes por separado, la micropila de combustible se montó por alineación de dos colectores de corriente a ambos lados del MEA. Antes de proceder a la unión térmica de todos estos componentes de SU-8 se realizó un ensayo preliminar de la pila de combustible de SU-8, usando la misma carcasa exterior desarrollada para una estrategia análoga para una micropila de combustible de silicio [J. P. Esquivel y col. Journal of Power Sources, 194 (1) (2009) 391-396]. Los componentes se encapsularon colocándolos entre dos piezas mecanizadas de metacrilato que se apretaron mediante cuatro tornillos. Una ventana cuadrada de 5,2 x 5,2 mm se fresó a través de las piezas acrílicas para permitir el acceso de los reactantes (metanol diluido y aire) a las áreas activas a través de los colectores de corriente. En uno de los bordes de las dos piezas se definió una ranura redondeada para ajustar los conectores eléctricos a los colectores de corriente. La curva de polarización galvanostática de la micropila de combustible se obtuvo con un multímetro con fuente integrada, Keithley 2400 SourceMeter, usando el programa informático propio LabVIEW. La caracterización se llevó a cabo con concentraciones de metanol de 2 M y 4 M -ya que generalmente estos valores se hallan dentro del intervalo de concentraciones que produce rendimientos óptimos de la pila de combustible en dispositivos pasivos-y a temperaturas de 22ºC (temperatura ambiente) y 40ºC. La figura 5 muestra las curvas de polarización obtenidas con este ensamblaje. Once all components were obtained separately, the fuel micropile was mounted by aligning two current collectors on both sides of the MEA. Before proceeding with the thermal bonding of all these SU-8 components, a preliminary test of the SU-8 fuel cell was carried out, using the same outer shell developed for an analogous strategy for a silicon fuel micropile [J. P. Esquivel et al. Journal of Power Sources, 194 (1) (2009) 391-396]. The components were encapsulated by placing them between two machined pieces of methacrylate that were tightened by four screws. A 5.2 x 5.2 mm square window was milled through the acrylic pieces to allow reactants (diluted methanol and air) access to the active areas through the current collectors. On one of the edges of the two pieces a rounded groove was defined to fit the electrical connectors to the current collectors. The galvanic static polarization curve of the fuel micropile was obtained with a multimeter with integrated source, Keithley 2400 SourceMeter, using the own LabVIEW software. The characterization was carried out with methanol concentrations of 2 M and 4 M - since these values are generally within the range of concentrations that produce optimum yields of the fuel cell in passive devices - and at temperatures of 22 ° C (room temperature ) and 40 ° C. Figure 5 shows the polarization curves obtained with this assembly.
Puede observarse que a temperatura ambiente (22ºC) la micropila de combustible alcanza una densidad de potencia máxima de 2,20 mW cm−2, independientemente de la concentración de metanol. No se aprecian diferencias significativas en la tensión de circuito abierto (OCV) debidas al traspaso de metanol y las curvas l-V están controladas fundamentalmente por las pérdidas óhmicas. Al aumentar la temperatura de la pila a 40ºC, las densidades de potencia máximas se elevan hasta 3,75 mW cm−2 y 4,15 mW cm−2 para concentraciones de combustible de 2 M y 4 M, respectivamente. Esto se debe fundamentalmente a la mejora del rendimiento de la micropila de combustible en la región óhmica a causa del aumento de la conductividad protónica del Nafion® a temperaturas crecientes. Esta vez puede observarse una mejora visible en la región limitada por el transporte de la curva l-V al aumentar la concentración de metanol de2Ma4M. It can be seen that at room temperature (22 ° C) the fuel micropile reaches a maximum power density of 2.20 mW cm-2, regardless of the methanol concentration. There are no significant differences in open circuit voltage (OCV) due to methanol transfer and the V-curves are controlled primarily by ohmic losses. When the battery temperature increases to 40 ° C, the maximum power densities rise to 3.75 mW cm − 2 and 4.15 mW cm − 2 for fuel concentrations of 2 M and 4 M, respectively. This is mainly due to the improvement in the performance of the fuel micropile in the ohmic region due to the increase in the proton conductivity of Nafon® at increasing temperatures. This time, a visible improvement can be observed in the region limited by the transport of the l-V curve as the methanol concentration of 2Ma4M increases.
Después de este ensayo, las estructuras de SU-8 se unieron entre sí por un procedimiento de prensado en caliente para obtener el dispositivo compacto. Se fabricó un soporte adecuado para alinear y presionar entre sí los colectores de corriente y el MEA. El alineamiento se realizó mediante la inserción de cuatro agujas a través de los pequeños agujeros circulares situados en las esquinas de los componentes de SU-8. El ensamblaje se colocó entonces en una prensa caliente comercial (P/O/Weber, Alemania) y se calentó a 85ºC durante 10 min y a 120ºC con una fuerza de 2 kN durante 20 min. Después, el ensamblaje se enfrió por convección natural y la micropila de combustible de SU8 unido se liberó para su ensayo. Con este ensamblaje, el volumen total del dispositivo se reduce más de 50 veces (0,12 cm3 respecto a 6,75 cm3). Las figuras 6a y 6b muestran fotografías de los dos ensamblajes ensayados y una vista lateral del dispositivo compacto, en las que se observa claramente la reducción significativa de tamaño entre las dos estrategias. After this test, the SU-8 structures were joined together by a hot pressing procedure to obtain the compact device. A suitable support was made to align and press the current collectors and the MEA together. The alignment was done by inserting four needles through the small circular holes located in the corners of the SU-8 components. The assembly was then placed in a commercial hot press (P / O / Weber, Germany) and heated at 85 ° C for 10 min and at 120 ° C with a force of 2 kN for 20 min. Then, the assembly was cooled by natural convection and the attached SU8 fuel micropile was released for testing. With this assembly, the total volume of the device is reduced more than 50 times (0.12 cm3 compared to 6.75 cm3). Figures 6a and 6b show photographs of the two assemblies tested and a side view of the compact device, in which the significant reduction in size between the two strategies is clearly observed.
La caracterización se realizó en las mismas condiciones que para el montaje anterior. La figura 7 muestra las curvas de polarización obtenidas. Después de la unión de los componentes, todas las curvas presentan valores de tensión superiores en condiciones de circuito abierto (500-580 mV) y, a continuación, una caída de tensión repentina, debida a las pérdidas de activación. Después de ello, las curvas se hallan controladas fundamentalmente por pérdidas óhmicas, sin mostrar limitaciones en la región de transporte de masa. En este caso, la micropila de combustible produjo una densidad de potencia máxima muy similar con las dos concentraciones de metanol y temperaturas de trabajo ensayadas. Con una concentración de 2 M, el incremento de temperatura de 22ºC a 40ºC aumentó la densidad de potencia de 0,35 a 0,55 mW cm−2, mientras que con 4 M, la potencia aumentó de 0,40 a 0,65 mW cm−2. The characterization was carried out under the same conditions as for the previous assembly. Figure 7 shows the polarization curves obtained. After the union of the components, all curves have higher voltage values in open circuit conditions (500-580 mV) and then a sudden voltage drop, due to activation losses. After that, the curves are mainly controlled by ohmic losses, without showing limitations in the mass transport region. In this case, the fuel micropile produced a very similar maximum power density with the two methanol concentrations and working temperatures tested. With a concentration of 2 M, the temperature increase from 22ºC to 40ºC increased the power density from 0.35 to 0.55 mW cm − 2, while with 4 M, the power increased from 0.40 to 0.65 mW cm − 2.
Discusión Discussion
Los resultados muestran una clara diferencia en la potencia suministrada por la micropila de combustible de SU-8 en función del ensamblaje. Cuando se halla apretada con una carcasa acrílica externa, la máxima densidad de potencia de 4,15 mW cm−2, obtenida a 40ºC y con una concentración de metanol de 4 M, es comparable a los resultados descritos en la bibliografía para otras microDMFC fabricadas en parte con componentes de SU-8 [H. -Y. Cha y col. The results show a clear difference in the power supplied by the SU-8 fuel micropile depending on the assembly. When tightened with an external acrylic housing, the maximum power density of 4.15 mW cm − 2, obtained at 40 ° C and with a methanol concentration of 4 M, is comparable to the results described in the literature for other manufactured microDMFCs partly with components of SU-8 [H. -Y. Cha et al.
Electrochimica Acta, 50 (2-3) (2004) 795-799. Y en C. Weinmueller y col. Journal of Power Sources, 195 (12) (2010) 3849-3857], Es importante tener en cuenta que, a diferencia de los trabajos anteriores, la presente estrategia reduce tanto la complejidad del dispositivo como su coste, gracias al uso de una alimentación de metanol y aire por difusión y a la minimización de la cantidad de catalizador de Pt a 1 mg cm−2. Además, la película continua de Nafion®, usada típicamente en otras estrategias, ha sido sustituida en este caso por una membrana porosa de SU-8 rellena de Nafion®. El uso de la membrana aumenta claramente el nivel de integración del dispositivo final, aunque reduce el área de conductividad protónica disponible en el 36%. Electrochimica Acta, 50 (2-3) (2004) 795-799. And in C. Weinmueller et al. Journal of Power Sources, 195 (12) (2010) 3849-3857], It is important to keep in mind that, unlike previous work, this strategy reduces both the complexity of the device and its cost, thanks to the use of a power supply of methanol and air by diffusion and the minimization of the amount of Pt catalyst at 1 mg cm -2. In addition, the Nafon® continuous film, typically used in other strategies, has been replaced in this case by a porous SU-8 membrane filled with Naphon®. The use of the membrane clearly increases the level of integration of the final device, although it reduces the area of available proton conductivity by 36%.
Cuando los componentes se unen entre sí formando un dispositivo compacto, la densidad de potencia máxima producida por la micropila de combustible de SU-8 disminuye a 0,65 mW cm−2. Esto es debido a un aumento de las pérdidas de tensión en la región óhmica de las curvas de polarización. Puede observarse que las curvas de la figura 7 presentan la misma pendiente, independientemente de la temperatura y la concentración de metanol, lo que indica la existencia de una resistencia de contacto significativa entre la membrana y los colectores de corriente. Es decir, aunque los componentes de SU-8 están satisfactoriamente unidos y no se observa ninguna fuga de combustible, la presión aplicada entre estos es inferior a la presión ejercida por la carcasa externa. No obstante, a pesar de la disminución de su rendimiento, la drástica reducción de las dimensiones del dispositivo que se consigue con esta estrategia resulta en un aumento sustancial de la densidad de potencia volumétrica, de 0,15 mW cm−3 cuando se usa la carcasa externa a 1,35 mW cm−3 en la estrategia del dispositivo compacto. When the components join together forming a compact device, the maximum power density produced by the SU-8 fuel micropile decreases to 0.65 mW cm − 2. This is due to an increase in voltage losses in the ohmic region of polarization curves. It can be seen that the curves in Figure 7 have the same slope, regardless of the temperature and the concentration of methanol, which indicates the existence of a significant contact resistance between the membrane and the current collectors. That is, although the SU-8 components are satisfactorily connected and no fuel leakage is observed, the pressure applied between them is lower than the pressure exerted by the external housing. However, despite the decrease in its performance, the drastic reduction in the dimensions of the device achieved with this strategy results in a substantial increase in the volumetric power density of 0.15 mW cm − 3 when using the external housing at 1.35 mW cm − 3 in the strategy of the compact device.
Conclusiones Conclusions
En el ejemplo de la presente invención se presenta una estrategia para la obtención de una micropila de combustible totalmente polimérica, a base de la fotorresina SU-8. Todos los componentes de la pila de combustible (colectores de corriente y MEA) están fabricados con un mismo material, cuyas capacidades de unión se explotan para obtener un dispositivo de gran compacidad. La integración se consigue en dos etapas; en primer lugar mediante la incorporación de un electrolito polimérico en una membrana porosa de SU-8 y, en segundo lugar, mediante la unión de todos los componentes de SU-8 entre sí. In the example of the present invention a strategy is presented for obtaining a fully polymeric fuel micropile, based on the SU-8 photoresist. All the components of the fuel cell (current collectors and MEA) are made of the same material, whose connection capabilities are exploited to obtain a highly compact device. Integration is achieved in two stages; Firstly, by incorporating a polymer electrolyte into a porous SU-8 membrane and, secondly, by joining all SU-8 components together.
La micropila de combustible se caracterizó primeramente usando una carcasa exterior para validar la funcionalidad de sus componentes. A pesar de la simplicidad asociada al suministro pasivo del combustible y al bajo contenido de catalizador, el rendimiento de la presente micropila de combustible es comparable al de los pocos dispositivos poliméricos descritos hasta el momento. Después de la validación, los componentes se unieron entre sí por prensado en caliente, con el fin de obtener el dispositivo compacto. La caracterización del ensamblaje mostró una disminución de la densidad de potencia debida a un aumento de la resistencia de contacto. Sin embargo, la drástica reducción de las dimensiones del dispositivo al prescindir de la carcasa externa resultó en una mayor densidad de potencia volumétrica. The fuel micropile was first characterized using an outer shell to validate the functionality of its components. Despite the simplicity associated with the passive fuel supply and the low catalyst content, the performance of the present fuel micropile is comparable to that of the few polymeric devices described so far. After validation, the components were joined together by hot pressing, in order to obtain the compact device. The characterization of the assembly showed a decrease in power density due to an increase in contact resistance. However, the drastic reduction in the dimensions of the device by dispensing with the external housing resulted in a higher volumetric power density.
No obstante, los resultados presentados demuestran la potencialidad de esta estrategia para obtener fuentes de energía totalmente poliméricas y beneficiarse de las ventajas asociadas con la tecnología de la resina SU-8 (por ejemplo, alta estabilidad química y mecánica de las estructuras, elevada resolución de patrones, bajo coste). Además, el uso de esta tecnología ofrece oportunidades adicionales para la integración de una micropila de combustible dentro de una diversidad de dispositivos poliméricos, como el laboratorio en chip (lab-on-chip) y otras plataformas microfluídicas. However, the results presented demonstrate the potential of this strategy to obtain fully polymeric energy sources and benefit from the advantages associated with SU-8 resin technology (for example, high chemical and mechanical stability of the structures, high resolution of patterns, low cost). In addition, the use of this technology offers additional opportunities for the integration of a fuel micropile into a variety of polymeric devices, such as the chip laboratory (lab-on-chip) and other micro-fluidic platforms.
Claims (31)
- a. to.
- una membrana emparedada entre dos colectores de corriente, y a sandwich membrane between two current collectors, and
- b. b.
- dos electrodos que se encuentran unidos cada uno a ambas caras de la membrana o en cada uno de los colectores de corriente, two electrodes that are each attached to both sides of the membrane or in each of the current collectors,
- 2. 2.
- Celda de combustible según la reivindicación 1, donde el electrodo comprende al menos un catalizador que se selecciona de entre platino, rutenio, osmio, estaño, paladio, cobalto o cualquiera de sus combinaciones. Fuel cell according to claim 1, wherein the electrode comprises at least one catalyst that is selected from platinum, ruthenium, osmium, tin, palladium, cobalt or any combination thereof.
- 3. 3.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones1ó2, donde el electrodo es en base de carbono cuando está depositado sobre la membrana. Fuel cell according to any of claims 1 or 2, wherein the electrode is carbon based when deposited on the membrane.
- 4. Four.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones1a3, donde el polímero de intercambio protónico está solidificado en los microporos del polímero SU-8. Fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the proton exchange polymer is solidified in the micropores of the SU-8 polymer.
- 5. 5.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones1a4, donde el polímero de intercambio protónico es Nafion. Fuel cell according to any of claims 1-4, wherein the proton exchange polymer is Nafin.
- 6. 6.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el polímero SU-8 microporoso tiene un tamaño de poro de entre 50 y 500 μm. Fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the microporous SU-8 polymer has a pore size between 50 and 500 µm.
- 7. 7.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la distancia entre los poros del SU8 es de entre 10 y 500 μm. Fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the distance between the pores of the SU8 is between 10 and 500 µm.
- 8. 8.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones1a7, donde el espesor de la membrana es menor a 200 μm. Fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the membrane is less than 200 μm.
- 9. 9.
- Celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones1a8, donde el colector de corriente de SU-8 está metalizado parcialmente con una capa de metales por la cara que está en contacto con la membrana. Fuel cell according to any of claims 1-8, wherein the SU-8 current collector is partially metallized with a layer of metals on the face that is in contact with the membrane.
- 10. 10.
- Celda de combustible según la reivindicación 9, donde la capa de metales se selecciona de entre titanio, níquel, oro, cromo o cualquiera de sus combinaciones. Fuel cell according to claim 9, wherein the metal layer is selected from titanium, nickel, gold, chromium or any combination thereof.
- 11. eleven.
- Celda de combustible según cualquiera de las 9 ó 10, donde el espesor de la capa de metales es de entre 5 y 5000 nm. Fuel cell according to any of the 9 or 10, where the thickness of the metal layer is between 5 and 5000 nm.
- 12. 12.
- Procedimiento de obtención de la celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las etapas: Method of obtaining the fuel cell according to any of claims 1 to 11, comprising the steps:
- a. to.
- relleno de la estructura microporosa del polímero SU-8 con el polímero de intercambio protónico, Filling the microporous structure of the SU-8 polymer with the proton exchange polymer,
- b. b.
- protección de las zonas de unión estructura microporosa obtenida en (a), protection of the microporous structure junction zones obtained in (a),
- c. C.
- deposición del electrodo sobre las dos caras del producto obtenido en (b), deposition of the electrode on both sides of the product obtained in (b),
- d. d.
- protección de la zona de unión del polímero SU-8 de los colectores de corriente, protection of the SU-8 polymer junction zone from current collectors,
- e. and.
- metalización parcial de los colectores de corriente obtenidos en (d), y partial metallization of the current collectors obtained in (d), and
- f. F.
- ensamblaje del producto obtenido en (c) con el producto obtenido en (e). assembly of the product obtained in (c) with the product obtained in (e).
- 13. 13.
- Procedimiento de obtención de la celda de combustible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende las etapas: Method of obtaining the fuel cell according to any of claims 1 to 11, comprising the steps:
- a. to.
- relleno de la estructura microporosa del polímero SU-8 con el polímero de intercambio protónico, Filling the microporous structure of the SU-8 polymer with the proton exchange polymer,
- b. b.
- protección de la zona de unión del polímero SU-8 de los colectores de corriente. protection of the bonding zone of the SU-8 polymer from the current collectors.
- c. C.
- metalización parcial de los colectores de corriente obtenidos en (b), partial metallization of the current collectors obtained in (b),
- d. d.
- deposición del electrodo sobre la cara metalizada del producto obtenido en (c), y deposition of the electrode on the metallic face of the product obtained in (c), and
- e. and.
- ensamblaje del producto obtenido en (a) con el producto obtenido en (d). assembly of the product obtained in (a) with the product obtained in (d).
- 14. 14.
- Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, que además comprende una etapa previa a la etapa (a) de litografía con UV del polímero SU-8. Method according to claim 12 or 13, further comprising a stage prior to step (a) of UV lithography of the SU-8 polymer.
- 15. fifteen.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, donde el relleno de la estructura microporosa se realiza con una disolución que comprende el polímero de intercambio iónico y una posterior evaporación del disolvente. Process according to any of claims 12 to 14, wherein the filling of the microporous structure is carried out with a solution comprising the ion exchange polymer and a subsequent evaporation of the solvent.
- 16. 16.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, donde la protección de las zonas de unión se realiza mediante la deposición de polidimetilsiloxano o un poliacetato. Method according to any of claims 12 to 15, wherein the protection of the junction zones is carried out by deposition of polydimethylsiloxane or a polyacetate.
- 17. 17.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 15, donde la deposición del electrodo se realiza mediante pulverizado o electrodeposición. Method according to any of claims 14 or 15, wherein the deposition of the electrode is performed by spraying or electrodeposition.
- 19. 19.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, donde la metalización parcial se realiza mediante la pulverización catódica de metales. Process according to any of claims 12 to 18, wherein the partial metallization is carried out by means of cathodic metal spraying.
- 20. twenty.
- Procedimiento según la reivindicación 19, donde los metales pulverizados se seleccionan de entre titanio, níquel, cromo o cualquiera de sus combinaciones. Process according to claim 19, wherein the powdered metals are selected from titanium, nickel, chromium or any combination thereof.
- 21. twenty-one.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 19 ó 20, donde la capa metálica obtenida por pulverizado tiene un espesor de entre 20 y 60 nm. Process according to any of claims 19 or 20, wherein the metal layer obtained by spraying has a thickness between 20 and 60 nm.
- 22. 22
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, que además comprende un electrodepósito de metales sobre la superficie metalizada. Method according to any of claims 19 to 21, further comprising an electrodeposition of metals on the metallized surface.
- 23. 2. 3.
- Procedimiento según la reivindicación 22, donde los metales electrodepositados se seleccionan de entre níquel, oro o cualquiera de sus combinaciones. Process according to claim 22, wherein the electrodeposited metals are selected from nickel, gold or any combination thereof.
- 24. 24.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 22 ó 23, donde el espesor de la capa metálica obtenida por electrodepósito es de entre1y5 μm. Method according to any of claims 22 or 23, wherein the thickness of the metal layer obtained by electrodeposition is between 1 and 5 μm.
- 25. 25.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 24, donde el ensamblaje se realiza mediante prensado en caliente, a una temperatura de entre 80 y 200ºC y a una presión de entre1y20 atm. Method according to any of claims 12 to 24, wherein the assembly is carried out by hot pressing, at a temperature between 80 and 200 ° C and at a pressure between 1 and 20 atm.
- 26. 26.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 25, donde el ensamblaje se realiza con un material que se selecciona de entre metacrilato, policetona, policarbonato o derivado acrílico. Process according to any of claims 12 to 25, wherein the assembly is carried out with a material selected from methacrylate, polyketone, polycarbonate or acrylic derivative.
- 27. 27.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 26, que además comprende el fresado del producto ensamblado. Method according to any of claims 12 to 26, which further comprises milling the assembled product.
- 28. 28.
- Uso de la celda de combustible polimérica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, como celda combustible de un combustible que se selecciona de entre alcohol, hidrógeno, ácido fórmico o glucosa. Use of the polymeric fuel cell according to any one of claims 1 to 11, as the fuel cell of a fuel selected from alcohol, hydrogen, formic acid or glucose.
- 29. 29.
- Uso según la reivindicación 28, donde el combustible de alcohol se selecciona de entre metanol o etanol. Use according to claim 28, wherein the alcohol fuel is selected from methanol or ethanol.
- 30. 30
- Uso según la reivindicación 29, donde el combustible es metanol. Use according to claim 29, wherein the fuel is methanol.
- Categoría Category
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
- A TO
- CHA, H-Y. et al. Fabrication of all-polymer micro-DMFCs using UV-sensitive photoresist. Electrochimica Acta 2004, Vol. 50, páginas 795-799. Ver Resumen, Introducción y Experimental. 1-30 CHA, H-Y. et al. Fabrication of all-polymer micro-DMFCs using UV-sensitive photoresist. Electrochimica Acta 2004, Vol. 50, pages 795-799. See Summary, Introduction and Experimental. 1-30
- A TO
- HSIEH, S-S. et al. SU-8 flow field plates for a micro PEMFC. Journal of Solid State Electrochemistry 2005, Vol. 9, páginas 121-123. Ver página 122. 1-30 HSIEH, S-S. et al. SU-8 flow field plates for a micro PEMFC. Journal of Solid State Electrochemistry 2005, Vol. 9, pages 121-123. See page 122. 1-30
- A TO
- US 2004053100 A1 (STANLEY K. G et al.) 18.03.2004, párrafo [0037]. 1-30 US 2004053100 A1 (STANLEY K. G et al.) 18.03.2004, paragraph [0037]. 1-30
- A TO
- CHA, S.W. et al. Electrochemical impedance investigation of flooding in micro-flow channels for proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources 2006, Vol. 161, páginas 138-142. Ver Experimental. 1-30 CHA, S.W. et al. Electrochemical impedance investigation of flooding in micro-flow channels for proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources 2006, Vol. 161, pages 138-142. See Experimental. 1-30
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 03.11.2011 Date of realization of the report 03.11.2011
- Examinador M. C. Bautista Sanz Página 1/4 Examiner M. C. Bautista Sanz Page 1/4
- Declaración Statement
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-30 SI NO Claims Claims 1-30 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-30 SI NO Claims Claims 1-30 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- CHA, H-Y. et al. Electrochimica Acta, Vol. 50, pp. 795-799. 2004 CHA, H-Y. et al. Electrochimica Acta, Vol. 50, pp. 795-799. 2004
- D02 D02
- HSIEH, S-S. et al. Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 9, pp. 121-123. 2005 HSIEH, S-S. et al. Journal of Solid State Electrochemistry, Vol. 9, pp. 121-123. 2005
- D03 D03
- US 2004053100 A1 (STANLEY K. G et al.) 18.03.2004 US 2004053100 A1 (STANLEY K. G et al.) 03/18/2004
- D04 D04
- CHA, S.W. et al. Journal of Power Sources 2006, Vol. 161, pp. 138-142. 2006 CHA, S.W. et al. Journal of Power Sources 2006, Vol. 161, pp. 138-142. 2006
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|---|---|---|---|---|
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