盖世汽车讯 燃料电池汽车（FCV）通常由聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）提供动力，这种电池将氢和氧的化学能转化为电能，并在阴极产生水。在PEMFC中，水和反应气体都通过气体扩散介质（GDM）进行传输，这是一种由微孔层（MPL）和气体扩散层（GDL）组成的多孔介质。当水在GDM中积聚，PEMFC内的质量传递会受到阻碍，从而导致溢水。这反过来又会使PEMFC的输出性能和使用寿命下降。
（图片来源：sciencedirect.com）
据外媒报道，在期刊《自然科学基础研究（Fundamental Research）》上发表的一项研究中，中国的研究团队概述了一种GDM设计——GDM疏水性梯度。具体来说，这种疏水性梯度有助于加速GDM中的水输送和改善反应气体输送，从而降低溢水风险。
该研究的第一作者、湖南大学机械与运载工程学院新能源动力系统设计副教授杨钦文表示说：“材料的可润湿性是用接触角来表示，这是液体界面与固体表面接触的角度。”高接触角表示疏水（拒水），而低接触角表示亲水性（吸水）。不同的接触角形成疏水梯度并改变水的行为，从而提高GDM的传质能力。”
值得一提的是，聚四氟乙烯（PTFE）被广泛用于处理GDM以形成不同的疏水性。然而，PTFE处理会降低GDM孔隙率，影响PEMFC的性能。
该团队为此在模拟和优化阶段结合实验数据和经验方程，探讨PTFE的含量、疏水性和孔隙率之间的耦合关系。随后，研究人员研究了疏水性梯度对传质过程的影响。杨教授表示：“研究发现MPL的疏水性高于GDL，可以加快GDM中的水输送，减少MPL和GDL界面上积聚的水。这增强了GDM的氧输送能力。”
GDM疏水性梯度设计提供了新的水管理策略。杨教授表示：“根据FCV运行条件来设计不同的GDM疏水梯度，可以进一步提高PEMFC的输出性能和使用寿命，有望促进燃料电池汽车的商业化发展。”
展望未来，该团队计划进行相关研究，以改善PEMFC系统的水管理。
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