图案化微米线阵列Nafion膜制备及燃料电池性能研究

作者：李蕴琪; 谢函霏; 崔丽瑞; 卢善富^*

来源：化工进展, 2023, 1-11.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1193

• Nafion膜
• 微米线阵列
• 传质强化
• 燃料电池

PEMFCs中商业Nafion膜的平整表面结构造成膜和催化层界面接触面积偏小，Pt基催化剂利用率低，仅有25%-35%。为了提高催化层中Pt利用率，本工作以荷叶表面自然生长的乳突结构为模板，采用PDMS铸模剂复刻荷叶表面微观结构，再将图案化纹理结构精确地转印到Nafion膜表面，分别构筑了平均直径为(5.89±1.45)μm和(6.95±1.70)μm的微米线阵列结构。图案化Nafion膜组装的单电池性能显著提升，最大功率密度由0.625 W cm-2提升至0.757 W cm-2。通过构建图案化结构能增强Nafion膜表面疏水性，强化传质效率，降低膜电极反应电阻和内阻。通过循环伏安曲线考察了Nafion膜上微米线阵列结构对Pt催化剂利用率的影响，Pt基催化剂的ECSA结果提高了151%，Pt利用率提高了43.4％。在Nafion膜表面构筑微米线阵列有利于形成电子/质子/反应物的三相反应界面，改善质子交换膜与催化层间界面结构，显著提升了Pt基催化剂利用率。

• 单位
  北京航空航天大学