一维炭材料一体式气体扩散层的制备及其在直接甲醇燃料电池中的应用

摘要

气体扩散层(GDL)是燃料电池(FCs)膜电极组件(MEA)的重要组成部分,起到支撑催化层、收集电流、对物料进行传输及再分配的作用.传统的扩散层一般以炭纸或炭布为基底,但炭纸价格昂贵、缺乏柔韧性、孔结构单一,为了更好地进行气液相管理,需再涂覆上一层微孔层(MPL).本文以炭纤维(CF)为骨架,复合多壁碳纳米管(MW-CNT),并添加一定量的聚四氟乙烯(PTFE)作为粘结剂和憎水剂,通过减压抽滤成型法一步制成新型一体式气体扩散层(GDL/CNT-CF).扫描电子显微镜(SEM)结合导电性、气体渗透性及孔隙率等表征表明,一体式扩散层中高导电性的碳纳米管在炭纤维中呈梯度分布,亦利于电子传输,形成的多级孔隙结构,亦利于物料分配,均匀分布的PTFE有助于水分排除,从而取代了由炭纸和微孔层构成的传统扩散层.将其应用于直接甲醇燃料电池(DMFC)的阴极或同时作为阴阳极扩散层时,具有优异的传质性能,单电池的最大功率密度相比商品扩散层分别提高了20％ 和35％.