朱诗尧，李 平，叶黎城，郑俊生，高 源

(1 华东理工大学 化学工程联合国家重点实验室，上海 200237； 2 同济大学 新能源汽车工程中心，上海 201804； 3 同济大学 汽车学院，上海 201804)

质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)因具有零排放、能量密度高、运行平稳的特点，被广泛认为是最为理想的替代传统汽车发动机的高效动力源[1-2]。

燃料电池中的膜电极(Membrane Electrode Assemblies, MEAs)为电化学反应提供了反应气体、电子、质子和产物水的通道，催化剂和催化层(Catalytic Layer, CL)则是膜电极中的核心部分，它们的性能直接关系到燃料电池效能的发挥[3]。传统的Pt/C催化剂由于活性高，被普遍用于催化层的制备。但由于贵金属Pt价格昂贵，且炭黑载体容易腐蚀导致催化剂性能下降[4]，因而如何降低成本，减少贵金属用量并提高催化剂的耐久性，成为了决定燃料电池能否大规模商业应用的关键问题。为了满足美国能源部(U.S. Department of Energy, DOE)于2013年提出的燃料电池成本要求和性能指标[5]并实现其商业化，一般认为，除了开发性能更好的催化剂替代Pt/C外，还可以对Pt/C催化剂均匀分布的催化层进行结构优化。

在之前的研究中，本课题组报道了基于buckypaper的具有梯度分布特性的催化层结构，在保持催化剂颗粒具有较高活性的同时，强化了催化层的传质效果，在一定程度上可以降低催化层的Pt用量[6-7]。具有3D结构的buckypaper催化层薄膜由碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)和碳纳米纤维(CNFs)通过物理方法自组装形成，可以实现自我支撑，并且可以通过使用不同直径和长度的CNTs与CNFs来改变其孔隙的微观结构及催化层厚度，从而提供足够的气体传输孔道和电子传输路径。……