梯度孔结构微孔层的构建及性能

作者：刘志鹏; 李丽; 伍小波; 谢志勇; 雷霆

来源：粉末冶金材料科学与工程, 2023, 28(01): 63-73.

DOI：10.19976/j.cnki.43-1448/tf.2022080

• 气体扩散层
• 导电纳米碳黑
• 多壁碳纳米管
• 石墨片
• 梯度孔结构

气体扩散层（gas diffusion layer, GDL）是质子交换膜燃料电池（polymer electrolyte membrane fuel cell,PEMFC）的关键部件之一。使用导电纳米碳黑、多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs）和石墨片为微孔层碳材料，采用分层涂覆的方法，在碳纸基底层上构建具有梯度孔结构的微孔层。采用扫描电镜与压汞仪分析各扩散层的微观形貌及孔隙结构，测定扩散层的电阻率、透气率和突破压力，采用燃料电池测试平台测定单电池的输出性能。结果表明，MWCNTs层和石墨片层孔径呈“双峰”分布，形成了梯度孔结构微孔层，可促进气液两相传输的分离，从而提升电池的传质能力。与双层设计相比，具有三层梯度孔径结构微孔层的扩散层性能更优异，电流密度达5.5 A/cm2时仍未出现明显传质极化，最大功率密度为1855 mW/cm2，相比于商品气体扩散层提高21%。

• 单位
  中南大学; 湖南工业大学