杨晓玲，郭 峰，支东彦，袁理轶，朱以华

（华东理工大学a.材料国家级实验教学示范中心；b.纳米材料化工研究室，上海 200237）

0 引言

质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）利用氢气和氧气的氧化还原反应，是一种将氢能直接转换为电能的发电装置，是目前具有竞争性的可再生性能源［1-5］。凭借着低温快速启动和高能量转换效率等优势，目前主流认为PEMFC可以作为交通工具和便携式设备的动力来源［6-9］。

膜电极（Membrane Electrode Assembly，MEA）是PEMFC的反应核心场所，主要由气体扩散层（Gas Diffusion Layer，GDL）、催化剂层（Catalyst Layer，CL）和质子交换膜（Proton exchange membrane）组成。其中GDL包括微孔层和基底大孔层。PEMFC在高湿度和高电流密度下运行时，阴极会产生大量的液态水，若水传输不及时，容易堵塞在GDL和CL的孔径内，阻碍气体传质从而降低电池性能［10］。GDL作为承担气液传输的核心部件，提高其气液传输能力有助于增强电池性能。

疏水性试剂，如聚四氟乙烯［11］、全氟聚醚涂覆GDL［12］可以提高电池在高湿度条件下运行能力，但无法满足高电流密度运行的需求。在疏水涂覆的基础上，借助掺杂亲水性材料［13］或者氧等离子体处理［14］等方式将部分疏水孔径转变为亲水孔径，使得液态水优先从亲水孔径通过，可惜部分亲水孔径末端可能处于封闭状态，水传输容易受到阻碍。激光穿孔［15］和辐射接枝［16］的工艺可以使亲水孔径贯穿整个GDL引导水传输，但是激光穿孔操作复杂，辐射接枝忽视GDL中微孔层的作用。本课题组最近研究发现，借助超声喷雾工艺可以在GDL的微孔层内构建亲水和疏水随机分布的结构，提供水传输路径，增强单电池性能。……