[发明专利]生产具有光聚合物壁的燃料电池流场的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池部件，且更具体地涉及一种用辐射敏感材料制造燃料电池部件的方法。

背景技术

已提出将燃料电池作为用于电动车辆和各种其他应用的清洁、高效并且环境负责的功率源。单独的燃料电池可串联堆叠到一起，以形成用于各种应用的燃料电池组。燃料电池组能够供应足够给车辆提供动力的电量。尤其地，燃料电池组已被确定为用于现代汽车的传统内燃发动机的潜在替代物。

一种燃料电池是聚合物电解质膜(PEM)燃料电池。PEM燃料电池包括三个基本部件：电解质膜；以及一对电极，包括阴极和阳极。电解质膜被夹在电极之间，以形成膜电极组件(MEA)。MEA通常设置在诸如碳纤维纸的多孔扩散介质(DM)之间，这便于诸如氢到阳极和氧到阴极的反应物的输送。在电化学燃料电池反应中，氢在阳极中被催化地氧化，以产生自由自由质子和电子。质子通过电解质转到阴极。来自阳极的电子不能穿过电解质膜，而是通过诸如电动机的电负载作为电流被引导至阴极。质子在阴极中与氧和电子反应，以产生水。

理想的是，由辐射敏感材料制造燃料电池和相关的燃料电池部件。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/339,308中描述了由辐射敏感材料形成的结构诸如微桁架结构，该美国专利申请的全部公开在此以参考的方式并入。在受让人的共同未决的美国专利申请No.12/341,062、12/341,105、12/603,147、12/466,646、12/466,405和12/603,120中还描述了辐射固化的燃料电池部件的形成，所述美国专利申请的全部公开内容在此以参考的方式并入。

已知的流场构思先前依赖于可压缩的扩散介质，以在燃料电池的操作期间提供足够适应电解质膜膨胀的顺从性。然而，存在对用于生产也具有顺从性特征的流场的高效系统和方法的持续需求。期望地，该系统和方法在相同的电镀操作中产生顺从性流场特征和相邻的扩散介质的支撑结构。

发明内容

根据本发明，令人惊讶地发现了一种用于生产具有顺从性特征的流场的高效系统和方法，并且其在相同的电镀操作中产生顺从性流场特征和扩散介质的支撑结构。

在第一实施例中，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括提供衬底和构造成产生多个辐射束的多个辐射源的步骤。辐射敏感材料设置在衬底上。成像掩模被安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间，该成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙。大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分。孔隙的第一部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件。孔隙的第二部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个壁元件。辐射敏感材料通过成像掩模中的辐射能透过的孔隙的第一部分和辐射能透过孔隙的第二部分暴露于多个辐射束。从而在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件。桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架。壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。

在另一实施例中，一种制造用于燃料电池的流场的方法包括提供衬底和构造成产生多个辐射束的多个辐射源的步骤。辐射敏感材料设置在衬底上。成像掩模被安置在多个辐射源与辐射敏感材料之间，该成像掩模具有多个大致辐射能透过的孔隙。大致辐射能透过的孔隙包括第一部分和第二部分。孔隙的第一部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个桁架元件。孔隙的第二部分构造成成形来自辐射源的辐射束以在辐射敏感材料中形成多个壁元件。屏蔽掩模被安置在成像掩模与多个辐射源之间。屏蔽掩模具有多个大致的不透辐射部。大致的不透辐射部构造成投射多个阴影，并选择性地妨碍来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成壁元件中的至少一个壁元件。屏蔽掩模还允许来自辐射源的辐射束在辐射敏感材料中形成桁架元件。辐射敏感材料通过成像掩模中的辐射能透过的孔隙的第一部分和辐射能透过的孔隙的第二部分暴露于多个辐射束。从而在辐射敏感材料中形成多个桁架元件和多个壁元件。桁架元件形成构造成支撑相邻的扩散介质层的多个桁架，而壁元件限定沿衬底的长度的流体路径。