[发明专利]具有有序微结构的PEMFC气体扩散层及加工方法

权利要求书

1.一种质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、设计气体扩散层的三维结构，

S2、利用双光子微加工技术使用光聚合物TRS1制备三维结构模板；S2中制备三维结构模板的过程如下：

S2.1、将光聚合物TRS1夹在覆盖玻璃和非反应性耐热硅衬底之间；

S2.2、将S2.1中夹装好的光聚合物TRS1置于三维压电工作台上，并根据设计结构进行扫描制备三维结构；在冲洗溶液中对所制备的三维结构进行冲洗，然后在乙醇中冲洗；

S2.3、使用真空电炉将三维结构从室温以10℃/min的速率加热至800℃，在氮气气氛中碳化微观结构，制成三维结构模板；

S3、以S2中生产的三维结构模板为模具，并应用光聚合物TRS2制作燃料电池气体扩散层有序的立方微结构；S3中制备气体扩散层有序的立方微结构的过程如下：

S3.1、将S2中制备的三维结构模板用于创建三维PDMS模具；将PDMS孔连接至PDMS模具，在三维微结构上制备聚合物膜；

S3.2、将光聚合物TSR2注射到PDMS模具中并暴露于紫外线下；然后将聚合物膜上的三维聚合物复制品从PDMS模具中脱模；

S3.3、使用真空电炉将三维聚合物复制品从室温以10°C/min的速率加热至800°C，在氮气气氛中碳化微观结构，制成三维有序微结构；

所述气体扩散层的三维结构为有序正立方微结构或有序六方蜂窝结构，用于强化液态水离开气体扩散层表面及增强电导率；当气体扩散层的三维结构为有序正立方微结构时，每层无间隙的配置正立方体单元；当气体扩散层的三维结构为有序六方蜂窝结构，每层无间隙的配置正六边形单元；

所述光聚合物TRS1，所使用的光敏树脂为间苯二酚二缩水甘油醚和二季戊四醇聚丙烯酸酯，质量分数范围分别为72.2%～75.1%、15.9%～17.0%；光敏感剂为3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷，其质量分数范围为7.9%～8.7%；光引发剂为4 - { 4 - ( 2 -氯苯甲酰基)苯基硫}苯基双( 4 -氟苯基)六氟锑酸盐和2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮质量，质量分数范围分别为1.47%～1.65%、0.77%～0.84%；

所述光聚合物TRS2，所使用光敏树脂为间苯二酚二缩水甘油醚，其质量分数范围为87.9%～89.0%；光敏感剂为3-乙基-3-羟甲基氧杂环丁烷，其质量分数范围为9.3%～10.5%；光引发剂为二苯基[ 4 - (苯硫基)苯基]六氟磷酸硫铵，其质量分数范围为1.34%～1.61%。

2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构加工方法，其特征在于，当所述气体扩散层的三维结构为有序正立方微结构，每层无间隙的配置的正立方体单元中，纤维直径6-10μm，气体扩散层孔隙率范围为0.6～0.9。

3.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构加工方法，其特征在于，当所述气体扩散层的三维结构为有序六方蜂窝结构，每层无间隙的配置的正六边形单元中，纤维直径6～10μm；气体扩散层孔隙率范围为0.6～0.9。

4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构加工方法，其特征在于，所述双光子微加工技术采用的设备为：使用钛宝石激光器作为光源，钛宝石激光器的波长：750 nm，重复频率：80 MHz；使用扩束器准直飞秒脉冲激光束，并将其引入直立显微镜；使用数值孔径为1.35的物镜将激光束聚焦在样品上。

5.一种质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构，其特征在于，是采用如权利要求1所述质子交换膜燃料电池气体扩散层有序微结构加工方法制备。