乔 睿，刘 磊，刘旻硕，邢以晶，李海滨

(1.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2.上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240)

氢燃料电池是一种通过电化学反应直接将化学能转化为电能的发电装置[1]，其中质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)由于其效率高、功率密度高、化学稳定等优点而受到广泛关注[2-3]。膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)是PEMFC 的核心部件，主要由气体扩散层(gas diffusion layer，GDL)、催化层(catalyst layer,CL)和质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)组成。膜电极为燃料电池内部的电化学反应、物质传输提供了场所[4]，其性能直接决定了燃料电池的功率输出。研究高性能、高耐久性、低成本的MEA，对于提高PEMFC 性能及推动PEMFC 商业化进程具有重要推动作用。

MEA 的制备方法通常分为CCS (catalyst-coated substrate)法 和CCM (catalyst-coated membrane) 法两种[5]。CCS法使用GDL 作为CL 的支撑基板，通过不同的方法(喷墨印刷，丝网印刷，刮涂等)将CL 沉积到GDL 上，以制备气体扩散电极(GDE)，然后将PEM 夹在两个GDE 之间，通过热压或冷压形成MEA。而CCM 法使用PEM 作为CL 的支撑基板，通过直接涂覆法或转移印刷法将CL 沉积在PEM 的两侧以形成CCM，然后将两片GDL 附着在CCM 的两侧，通过热压或冷压形成MEA。与CCS 法相比，CCM 法可以有效提高催化剂的利用效率，降低PEM 与CL 之间的界面阻力，因此成为制备MEA 的主流方法[6]。使用直接涂覆法制备CCM 时催化剂浆料直接涂覆在PEM 上，在溶剂吸附和脱吸时容易引起PEM的膨胀和收缩，这可能导致PEM 表面的CL 产生裂纹，从而影响燃料电池的性能。转印法制备CCM 可以规避直接涂覆造成的PEM 变形问题，但转印过程很难实现CL 从基板到膜的完全转移，导致催化剂的利用率低。……