(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210552983.4 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 隋邦杰　尹泽泉　王虎　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 刘洋 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/136(2017.01) G06K 9/62(2022.01) G06V 10/762(2022.01)G06V 10/77(2022.01) G06V 10/774(2022.01) H01M 4/88(2006.01) H01M 8/0234(2016.01) H01M 8/1004(2016.01) (54)发明名称 质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重 构方法 (57)摘要 本发明公开了质子交换膜燃料电池气体扩 散层的三维重构方法， 利用X ‑ray计算机断层扫 描技术获得气体扩散层的多张二维切片图， 通过 K‑means聚类算法预处理图像分离出空隙， 利用 碳纸孔隙率作为判断条件， 通过改变类中心制逐 步获得正确的预处理CT图像； 通过SegFormer语 义分割进行特征提取， 捕捉步骤1所得预处理CT 图像中的孔、 碳纤维和粘接剂并赋 予不同的灰度 值， 生成相分割切片图； 利用三维重建将所有相 分割切片图堆叠提升维度得到三维的气体扩散 层结构； 本发 明能够准确识别气体扩散层成品的 组分， 获取组分信息， 根据这些信息结合性能测 试调整产品生产材料配比， 指导气体扩散层及其 他多孔介质等相关产品研发公司 更好的规划工 艺流程和制造方案 。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114863028 A 2022.08.05 CN 114863028 A 1.质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方法， 其特 征在于包括以下步骤： (1)利用X ‑ray计算机断层扫描技术获得气体扩散层的多张二维切片图， 通过K ‑means 聚类算法预处理图像分离出空隙， 利用碳纸孔隙率作为判断条件， 通过改变类中心制逐步 获得正确的预处 理CT图像； (2)通过SegFormer语义分割进行特征提取， 捕捉步骤1所得预处理CT图像中的孔、 碳纤 维和粘接剂并赋予不同的灰度值， 生成相分割切片图； (3)利用三维重建将所有相分割切片图堆叠提升维度得到三维的气体扩散层结构。 2.如权利要求1所述质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方法， 其特征在于步 骤2在特征提取中， 训练集为预 处理CT图像， 黑色区域为孔隙， 直杆状物 为碳纤维， 其他无规 则形状为粘接剂。 3.如权利要求1所述质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方法， 其特征在于步 骤2在特征提取中采用像素准确率PA做为评价指标； 所述像素准确率为预测 类别正确的像 素数占总像素 数的比例， 具体公式如下： PA＝(TP+TN)/(TP+TN+FP+FN) 其中， TP正类判定为 正类， FP负类判定为 正类， FN正类判定为负类， TN负类判定为负类。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114863028 A 2质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方 法 技术领域 [0001]本发明属于燃料电池技术领域， 具体涉及质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维 重构方法。 背景技术 [0002]目前针对质子交换膜燃料电池的气体扩散层研究领域， 还没有准确区分气体扩散 层各组分重构模型， 获得各组分比例的方法。 人们只能在实验制备过程中通过热重分析粗 略的计算碳纸中粘接剂和纤维比例， 但是热重 分析所获得的数据只针对某一类型的原纸和 工艺处理条件， 存在一定误差， 无法进行广泛的移植。 另外也有利用GDL的表观扫描电镜 (Scanning  Electron  Microscope， SEM)图， 通过人为统计出各组分比例， 费时费力， 且因为 SEM只是对GDL表观表征， 统计出来的组分比例并不能代表整个 GDL模型， 因此统计的结果存 在较大误差。 这两种获得GDL组分比例的方法都无法获得GDL的微观模型， 无法运用微观孔 尺度分析为GDL 性能提供 科学的优化 意见。 [0003]目前获得GDL三维微结构的方法主要有2种， 编程重构与形态学图像处理相结合的 方法和X射线计算机断层扫描(X ‑Ray Computed  Tomography， XCT)。 编程重构与形态学处理 可以获得GDL的多组分微结构， 但是需要根据已知 组分比例进行判断得出模型， 对GDL制备 具有一定价值。 但是编程重构与形态学处理有如下缺点： 重构纤维骨架没有考虑 纤维的弯 曲翘起、 难以对影响重构结果的多种因素严格控制， 不能准确反应纤维骨架特征。 形态学 处 理添加粘接剂与真实形状的粘接剂具有一定 差异， 不能真实反应GDL 微结构。 [0004]XCT的方式可以获得GDL的结构， 但是XCT有如下缺点： XCT无法通过阈值分割区分 出碳纸中的碳纤维和粘接剂， 难以准确评价碳纸性能。 XCT阈值分割 过程难以准确控制， 容 易识别噪音， 导致识别的碳纸模型不够准确 。 由于GDL材料属性原因无法区分GDL中的纤维 和粘接剂， 无法准确进行 结构与性能分析。 [0005]目前没有技术能区分GD L微观组分分布， 无法得出真实三维微观结构， 国内外关于 气体扩散层的科学研究现状都是基于编程或XCT得出的简化后的结构。 编程重构没有真实 的考虑纤维取向、 局部孔隙率、 纤维直径、 粘接剂形状、 分布特征等因素。 而XCT重构未能够 区分出纤维和粘接剂， 对于模拟仿 真、 性能测试结果等 都难以与实验吻合， 不能准确找出碳 纸制备的优化方案。 现有技术均无法真实重构出质子交换膜燃料电池气体扩散层模型， 不 能准确地指导实验制备与性能测试， 这是一个亟 待解决的技 术问题。 发明内容 [0006]本发明目的在于提供一种质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方法， 通过 人工智能(AI)技术， 将CT切片图进行图像识别， 标记各组分区域位置， 之后进行三维重构， 精准的区分三维空间上的气体扩散层各组分， 获得真实结构。 [0007]为达到上述目的， 采用技 术方案如下： [0008]质子交换膜燃料电池气体扩散层的三维重构方法， 包括以下步骤：说　明　书 1/4 页 3 CN 114863028 A 3