[發明專利]具有有序微結構的PEMFC氣體擴散層及加工方法

有效

• 申請號: 202111502932.2
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114361501B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 劉帥;姚曉航;張禮斌
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M8/0234
• 分類號: H01M8/0234;H01M8/0258
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構加工方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、設計氣體擴散層的三維結構，

S2、利用雙光子微加工技術使用光聚合物TRS1制備三維結構模板；S2中制備三維結構模板的過程如下：

S2.1、將光聚合物TRS1夾在覆蓋玻璃和非反應性耐熱硅襯底之間；

S2.2、將S2.1中夾裝好的光聚合物TRS1置于三維壓電工作臺上，并根據設計結構進行掃描制備三維結構；在沖洗溶液中對所制備的三維結構進行沖洗，然后在乙醇中沖洗；

S2.3、使用真空電爐將三維結構從室溫以10℃/min的速率加熱至800℃，在氮氣氣氛中碳化微觀結構，制成三維結構模板；

S3、以S2中生產的三維結構模板為模具，并應用光聚合物TRS2制作燃料電池氣體擴散層有序的立方微結構；S3中制備氣體擴散層有序的立方微結構的過程如下：

S3.1、將S2中制備的三維結構模板用于創建三維PDMS模具；將PDMS孔連接至PDMS模具，在三維微結構上制備聚合物膜；

S3.2、將光聚合物TSR2注射到PDMS模具中并暴露于紫外線下；然后將聚合物膜上的三維聚合物復制品從PDMS模具中脫模；

S3.3、使用真空電爐將三維聚合物復制品從室溫以10°C/min的速率加熱至800°C，在氮氣氣氛中碳化微觀結構，制成三維有序微結構；

所述氣體擴散層的三維結構為有序正立方微結構或有序六方蜂窩結構，用于強化液態水離開氣體擴散層表面及增強電導率；當氣體擴散層的三維結構為有序正立方微結構時，每層無間隙的配置正立方體單元；當氣體擴散層的三維結構為有序六方蜂窩結構，每層無間隙的配置正六邊形單元；

所述光聚合物TRS1，所使用的光敏樹脂為間苯二酚二縮水甘油醚和二季戊四醇聚丙烯酸酯，質量分數范圍分別為72.2%～75.1%、15.9%～17.0%；光敏感劑為3-乙基-3-羥甲基氧雜環丁烷，其質量分數范圍為7.9%～8.7%；光引發劑為4 - { 4 - ( 2 -氯苯甲酰基)苯基硫}苯基雙( 4 -氟苯基)六氟銻酸鹽和2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮質量，質量分數范圍分別為1.47%～1.65%、0.77%～0.84%；

所述光聚合物TRS2，所使用光敏樹脂為間苯二酚二縮水甘油醚，其質量分數范圍為87.9%～89.0%；光敏感劑為3-乙基-3-羥甲基氧雜環丁烷，其質量分數范圍為9.3%～10.5%；光引發劑為二苯基[ 4 - (苯硫基)苯基]六氟磷酸硫銨，其質量分數范圍為1.34%～1.61%。

2.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構加工方法，其特征在于，當所述氣體擴散層的三維結構為有序正立方微結構，每層無間隙的配置的正立方體單元中，纖維直徑6-10μm，氣體擴散層孔隙率范圍為0.6～0.9。

3.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構加工方法，其特征在于，當所述氣體擴散層的三維結構為有序六方蜂窩結構，每層無間隙的配置的正六邊形單元中，纖維直徑6～10μm；氣體擴散層孔隙率范圍為0.6～0.9。

4.根據權利要求1所述的一種質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構加工方法，其特征在于，所述雙光子微加工技術采用的設備為：使用鈦寶石激光器作為光源，鈦寶石激光器的波長：750 nm，重復頻率：80 MHz；使用擴束器準直飛秒脈沖激光束，并將其引入直立顯微鏡；使用數值孔徑為1.35的物鏡將激光束聚焦在樣品上。

5.一種質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構，其特征在于，是采用如權利要求1所述質子交換膜燃料電池氣體擴散層有序微結構加工方法制備。