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本文883字，阅读约需2分钟 摘 要：本研究中，使用了带观察窗的隔膜，来观察流道内的液态水，以阐明自支撑型MPL中的水输送机制。 关键字：高分子电解质燃料电池、自支撑型微孔层、液态水、固体高分子燃料电池（PEFC） 可清洁高效发电的固体高分子燃料电池（PEFC）作为汽车等的动力源有望得到普及，但PEFC的真正普及需要提高电流密度和降低成本。在PEFC中，一般会在阴极侧的气体流道和催化剂层之间使用气体扩散层（GDL）和微孔层，但有报告指出，在此处使用自支撑型微孔层（自支撑型MPL）可实现高电流密度。 但是，在自支撑型MPL的水输送方面，仍存在很多尚不清楚的地方，为了在今后实现更高的电流密度，有必要阐明其水输送机制。因此，在本研究中，使用了带观察窗的隔膜来观察流道内的液态水，以阐明自支撑型MPL中的水输送机制。 本研究使用了有效反应面积为4×4cm²的单电池。催化涂层膜（CCM）采用Electrochem公司生产的EC-CCM-25。阳极侧的GDL采用SGL生产的GDL28BC。阴极侧使用自支撑型MPL。 另外，作为比较参照，在SGL生产的GDL28BA上涂覆自支撑型MPL和由相同浆料制作的MPL，厚度均为220µm。隔膜上有20条宽1mm、肋条宽1mm的并行直流道。以0.22L/min (空燃比：1.3@1.0A/cm²)的速度向阳极供应相对湿度100%的氢气，以0.79L/min (空燃比：1.9@1.0A/cm²)的速度向阴极供应相对湿度85%的空气，使电池运行。电池温度为50℃。 图1示出I-V曲线和电池电阻。在小于0.4A/cm²的区域中，自支撑型MPL的电压略低于GDL。这可能是因为自支撑型MPL的电阻过电压比GDL大。但是，在0.4A/cm²以上的电流密度区域，自支撑型MPL的电压和极限电流密度均比GDL高。 图2示出在0.4A/cm²的气体流道内的观察结果。在GDL（图2a）的流道内观察到水，水以液态形式从GDL向流道流动。但是，在自支撑型MPL（图2b）中未观察到液态水，在催化剂层生成的水基本以蒸汽形态运动。因此，在自支撑型MPL中，液态水的滞留量减少，从而提高了单电池的性能。 然而,如图3所示，电流密度增加至0.55A/cm²时，在自支撑型MPL的流道中也观察到液态水向流道的流动，由此可以看出，虽然自支撑型MPL中水以蒸汽形态运输的比例比GDL大，但在高电流密度下，自支撑型MPL内部也有冷凝水滞留，甚至有可能导致电池停止运行。 本研究得到了高桥产业经济研究财团的资助。
图1. 具有自支撑型MPL和GDL的两种电池的性能
图2. 在0.4A/cm²的电流密度下观察阴极隔膜中的水
图3. 在0.55A/cm²的电流密度下观察自支撑型MPL的阴极隔膜中的水 翻译：肖永红 审校：李涵、贾陆叶 统稿：李淑珊  ●专栏：Fuel Cells in 2070 | SOFC：50年后的固体氧化物电池（SOC）技术的发展前景（2） ●可逆SOFC用双层电极的开发和PEFC用电极催化剂与电解质膜的评价方法 ●专栏：Fuel Cells in 2070 | 50年后的固定式PEFC系统 ●专栏：Fuel Cells in 2070 | 以DMFC为中心，展望50年后的甲醇和燃料电池 |
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