[发明专利]氢燃料电池层间裂缝多属性重构方法

摘要

本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为氢燃料电池层间裂缝多属性重构方法，使用CT扫描方法构建层间裂缝几何结构模型，利用EDS方法对裂缝表面进行元素扫描，建立裂缝表面组分模型，然后将几何结构模型和组分模型匹配在一起，构建层间裂缝多属性模型。本发明提供的氢燃料电池层间裂缝多属性重构方法，通过在裂缝面上钻取非对称孔，并喷涂钛金属，可以将CT扫描得到的层间裂缝面的几何结构数据和EDS扫描得到的组分分布数据空间的位置匹配起来，从而实现CT扫描和EDS扫描的联合分析，不仅能够分析层间裂缝的几何结构，还能给出相应位置点的组分信息。

主权项

1.氢燃料电池层间裂缝多属性重构方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作膜电极定位孔在厚度为200微米、边长为10毫米的正方形膜电极P面和N面各覆盖一层厚度为10微米、边长为10毫米的正方形的金箔，然后利用聚焦离子束，在两面各钻取5个深度为20微米、直径为20微米的圆柱形的膜电极定位孔，5个膜电极定位孔呈非对称分布；(2)膜电极定位孔喷金属钛向覆盖金箔的膜电极P面和N面分别喷涂钛金属颗粒；所喷涂的钛金属颗粒直径为50纳米；喷涂完成后，揭去膜电极两面的金箔，此时膜电极P面和N面的膜电极定位孔内含有高密度、抗腐蚀的钛金属；(3)扩散层定位孔在厚度为1000微米、长为12毫米、宽为10毫米的正方形阳极扩散层的M面、阴极扩散层的M面，各覆盖一层厚度为10微米、边长为10毫米的正方形的金箔，然后利用聚焦离子束钻取5个深度为20微米、直径为20微米的圆柱形的扩散层定位孔；(4)扩散层定位孔喷金属钛向覆盖了金箔的阳极扩散层的M面、阴极扩散层的M面分别喷涂钛金属颗粒，所喷涂的钛金属颗粒直径为50纳米；喷涂完成后，揭去扩散层表面的金箔，此时扩散层定位孔内含有高密度、抗腐蚀的钛金属；(5)燃料电池组装将步骤(1)‑(4)制作的膜电极、扩散层，合并在一起，膜电极P面朝向阳极扩散层M面，膜电极N面朝向阴极扩散层M面，阳极扩散层、阴极扩散层的另外一侧分别设有厚度为5毫米、边长为10毫米的正方形集流板并固定，然后在靠近阳极扩散层的集流板外侧上喷涂一层厚度为100微米的金属钛，完成测试用燃料电池组装；(6)层间裂缝制备阳极扩散层和阴极扩散层比膜电极多出的2毫米为延伸边，两个延伸边分别在相对的一端延伸出去，将阴极扩散层的延伸边固定住，从而施加固定边界条件；在阳极扩散层的延伸边施加应变边界条件，阴极扩散层和阳极扩散层边界条件共同产生剪切应变效应；不断增加应变量，直到膜电极和阳极扩散层之间出现层间裂缝位置，完成层间裂缝制备；(7)层间裂缝几何结构重构对含层间裂缝的燃料电池进行CT扫描，得到燃料电池三维CT灰度数据体；以集流板中导流槽的灰度DGr为阈值，将燃料电池扩散层和膜电极三维CT灰度数据体中灰度小于DGr的区域划定为层间裂缝，建立层间裂缝几何结构模型；同时根据步骤5中在集流板上喷涂的金属钛所对应的三维CT的灰度，确定金属钛的灰度数值TGr；在三维CT数据体中分割灰度为TGr的区域，确定定位孔的位置；(8)层间裂缝表面组分扫描将已经产生层间裂缝的燃料电池的膜电极、扩散层取出，多膜电极的P面和N面、扩散层的M面进行能谱扫描(EDS),确定膜电极、扩散层表面碳元素(C)、氢元素(H)、钛元素(Ti)、催化用金属元素(Pt)的含量和分布，建立层间裂缝表面组分分布数据；在裂缝组分分布数据中可以根据钛元素的含量，确定定位孔的位置；(9)层间裂缝几何结构和表面组分匹配几何结构和表面组分匹配在膜电极P面、膜电极N面、阳极扩散层M面、阴极扩散层M面4个面上分别进行；在4个面几何结构模型、表面组分分布数据中找到定位孔，然后在几何结构表面对应位置处，标注相应位置处的组分数据，实现层间裂缝几何结构和组分分布多属性重构。