質(zhì)子交換膜燃料電池即氫燃料電池由于具有高效、環(huán)境友好、工作條件溫和等優(yōu)勢，一直以來備受關(guān)注。但目前其面臨氣體傳質(zhì)和水管理薄弱的問題，導(dǎo)致體積比功率較低。日前，記者從中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所獲悉，該所周小春研究員團隊利用激光雕刻技術(shù)，以東麗碳紙為基材，設(shè)計制備了具有波形流道和微通道脊的新型一體化氣體擴散層。其具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，具備優(yōu)異的氣體傳質(zhì)和水管理能力，可提升質(zhì)子交換膜燃料電池的性能。近日，該成果論文發(fā)表在國際期刊《科學(xué)進展》上。
質(zhì)子交換膜燃料電池，由流場板、氣體擴散層、微孔層、催化層、質(zhì)子交換膜等組件構(gòu)成，可用于電動汽車、電動自行車、電動三輪車等交通工具以及小型發(fā)電站等。氣體擴散層位于流場板和催化層之間，在燃料電池中起著導(dǎo)電、支撐膜電極、傳質(zhì)、水管理的作用。在質(zhì)子交換膜燃料電池工作時，反應(yīng)氣體經(jīng)氣體擴散層傳遞到催化層，催化層生成的水經(jīng)由氣體擴散層排出。而反應(yīng)氣體的傳質(zhì)和水的排出直接影響著膜的電極性能，較差的氣體傳質(zhì)和水管理能力都會導(dǎo)致膜電極性能的降低。
目前，氣體擴散層通常是由基底層和微孔層構(gòu)成，其中構(gòu)成基底層的材料一般是碳紙、碳布等。周小春團隊經(jīng)過多年積累，從燃料電池結(jié)構(gòu)入手，經(jīng)過不斷調(diào)試和優(yōu)化，最終以碳紙為基材，利用激光雕刻的方法在碳紙上制備出了流場結(jié)構(gòu)，從而得到了新型一體化氣體擴散層。這種新型一體化氣體擴散層將傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜燃料電池中的流場板和氣體擴散層的功能合二為一，能有效解決傳統(tǒng)燃料電池傳質(zhì)和水管理薄弱的問題。未來，團隊希望能繼續(xù)在一體化氣體擴散層領(lǐng)域進行深入研究，并將其廣泛應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池和其他能量轉(zhuǎn)換器件中。
來源：科技日報 記者 張 曄 實 習 生 普京文
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