◎本报记者 张 晔 实 习 生 普京文
质子交换膜燃料电池即氢燃料电池由于具有高效、环境友好、工作条件温和等优势，一直以来备受关注。但目前其面临气体传质和水管理薄弱的问题，导致体积比功率较低。日前，记者从中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所获悉，该所周小春研究员团队利用激光雕刻技术，以东丽碳纸为基材，设计制备了具有波形流道和微通道脊的新型一体化气体扩散层。其具有丰富的多孔结构，具备优异的气体传质和水管理能力，可提升质子交换膜燃料电池的性能。近日，该成果论文发表在国际期刊《科学进展》上。
质子交换膜燃料电池，由流场板、气体扩散层、微孔层、催化层、质子交换膜等组件构成，可用于电动汽车、电动自行车、电动三轮车等交通工具以及小型发电站等。气体扩散层位于流场板和催化层之间，在燃料电池中起着导电、支撑膜电极、传质、水管理的作用。在质子交换膜燃料电池工作时，反应气体经气体扩散层传递到催化层，催化层生成的水经由气体扩散层排出。而反应气体的传质和水的排出直接影响着膜的电极性能，较差的气体传质和水管理能力都会导致膜电极性能的降低。
目前，气体扩散层通常是由基底层和微孔层构成，其中构成基底层的材料一般是碳纸、碳布等。周小春团队经过多年积累，从燃料电池结构入手，经过不断调试和优化，最终以碳纸为基材，利用激光雕刻的方法在碳纸上制备出了流场结构，从而得到了新型一体化气体扩散层。这种新型一体化气体扩散层将传统质子交换膜燃料电池中的流场板和气体扩散层的功能合二为一，能有效解决传统燃料电池传质和水管理薄弱的问题。未来，团队希望能继续在一体化气体扩散层领域进行深入研究，并将其广泛应用于质子交换膜燃料电池和其他能量转换器件中。