Page 129 - 《精细化工）》2023年第10期

第 40 卷第 10 期 精 细 化 工 Vol.40, No.10
2 023 年 10 月 FINE CHEMICALS Oct. 2023

功能材料
亲疏水交替碳纸的制备及其在气体扩散层中的应用

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刘 城 ，卢雪峰 1,2* ，王 晋 ，冯 勇 ，田合鑫
（1. 江南大学 纺织科学与工程学院，生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122；2. 上海嘉资新
材料有限公司，上海 201700；3. 贵州梅岭电源有限公司，贵州 遵义 563000）

摘要：将碳纤维纸（CP）浸渍聚四氟乙烯（PTFE）乳液后，通过模具夹持进行干燥，得到了亲疏水交替的 CP，
并通过微孔层（MPL）涂敷工艺制备了基底层亲疏水交替的气体扩散层（GDL）。通过 SEM、EDS、接触角、
垂直平面（TP）电阻率、TP 透气率和电化学性能测试对基底层亲疏水交替 GDL 的结构与性能进行了表征。结
果表明，浸渍 PTFE 乳液的 CP 经模具夹持干燥后，形成条纹状亲水区和疏水区。将基底层亲疏水交替处理的
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GDL 组装成单电池，在 2 A/cm 电流密度（简称电密）下的电压为 0.47 V，功率密度为 948 mW/cm ；相同条件
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下，将基底层无差别疏水处理的 GDL 组装成单电池，其电压为 0.44 V，功率密度为 884 mW/cm ，与基底层无
差别疏水处理的 GDL 相比，基底层亲疏水交替处理后电压及功率密度分别提高了 6.82%和 7.24%。
关键词：气体扩散层；碳纸；亲疏水交替；燃料电池；水管理；功能材料
中图分类号：TM911.4；TQ317 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 10-2207-07

Preparation of hydrophilic and hydrophobic alternating carbon paper
and its application in gas diffusion layer

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LIU Cheng , LU Xuefeng 1,2* , WANG Jin , FENG Yong , TIAN Hexin
（1. Key Laboratory of Eco-Textiles, Ministry of Education, School of Textile Science and Engineering, Jiangnan
University, Wuxi 214122, Jiangsu, China; 2. Shanghai Jazz New Material Co., Ltd., Shanghai 201700, China; 3. Guizhou
Meiling Power Sources Co., Ltd., Zunyi 563000, Guizhou, China）
Abstract: Carbon paper (CP) was impregnated with polytetrafluoroethylene (PTFE) emulsion and dried by
mold clamping to obtain alternating hydrophobic and hydrophilic CP. Then, the alternating hydrophobic and
hydrophilic gas diffusion layer (GDL) was prepared by microporous layer (MPL) coating process. The
structure and properties of hydrophilic and hydrophobic alternating GDL as base layer were characterized
by SEM, EDS, contact angle, vertical plane (TP) resistivity, TP permeability and electrochemical performance
test. The results showed that the CP impregnated with PTFE formed the striped hydrophilic area and
hydrophobic area. The single-cell assembled with alternating hydrophilic and hydrophobic GDL exhibited a
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voltage of 0.47 V and power density of 948 mW/cm , showing an increase of 6.82% and 7.24%, respectively in
comparison to that assembled with undifferentiated hydrophobic GDL, which had 0.44 V and power density
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of 884 mW/cm in the same case.
Key words: gas diffusion layer; carbon paper; hydrophilic and hydrophobic alternation; fuel cells; water
management; functional materials

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种直接将 对 PEMFC 的性能具有重要影响。GDL 一般由基底
[1]
反应物的化学能转化为电能的能量转换装置 。气 层（GDBL）和微孔层（MPL）组成，碳纤维纸（CP）
体扩散层（GDL）作为 PEMFC 电堆的核心部件， 因具备制造工艺成熟、性能相对稳定、成本相对较

收稿日期：2022-12-30; 定用日期：2023-03-17; DOI: 10.13550/j.jxhg.20221183
基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFB4001303-2）；2021 年度上海市“科技创新行动计划”科技支撑碳达峰碳中和专项
（21DZ1208602）
作者简介：刘 城（1997—），男，硕士生。联系人：卢雪峰（1984—），女，副教授，硕士生导师，E-mail：sandylxf@yeah.net。