燃料电池自增湿性能研究：碳纸与聚四氟乙烯影响分析

"本文探讨了碳纸对燃料电池自增湿性能的影响，主要研究了不同厚度的Toray碳纸以及经过聚四氟乙烯(PTFE)疏水处理的碳纸对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。实验中使用了TGP-H-028(0.28mm)，TGP-H-060(0.19mm)和TGP-H-030(0.11mm)三种碳纸，并发现较厚的TGP-H-028碳纸在自增湿发电性能上有略微优势，其最大功率密度相对TGP-H-030稍高。此外，通过PTFE乳液处理TGP-H-060碳纸，随着PTFE质量分数的增加，MEA的自增湿电性能提升，最大功率密度可提高至0.25W/cm²。然而，当PTFE质量分数超过40%，电性能开始下降。研究还涉及了碳纸的物理化学性质分析，如使用压汞仪、表面张力仪和扫描电镜进行表征。" 燃料电池，特别是PEMFC，因其高效和清洁的特性而备受关注。在自增湿操作中，燃料电池可以利用自身产生的水分来维持质子交换膜的湿度，从而减少外部增湿系统的需要，降低系统成本和复杂性。然而，如何有效地将阴极产生的水转移到阳极以保持膜的湿度，是实现自增湿技术的关键。 在本文的研究中，作者通过对比不同厚度的碳纸，揭示了碳纸厚度对自增湿性能的影响。结果显示，较厚的TGP-H-028碳纸有利于保持膜电极的湿度，这可能是因为其更高的储水能力或者更好的水传输特性。然而，过薄的碳纸可能会导致水分传输不足，影响电池性能。 另一方面，通过聚四氟乙烯的疏水处理，可以改变碳纸的表面性质，提高其在低湿度条件下的电性能。实验表明，PTFE的质量分数在20%到40%之间时，能够显著改善MEA的自增湿性能，达到最大功率密度的提升。但是，当PTFE质量分数过高时，可能由于膜的透气性和导电性受到影响，导致电性能下降。 这项研究强调了碳纸材料选择和改性在燃料电池自增湿技术中的重要性。优化碳纸的物理化学性质，特别是通过调控其厚度和表面处理，有助于提升PEMFC的效率和稳定性。同时，这也为开发新型自增湿策略提供了理论依据和技术参考，对于推动燃料电池技术的实际应用具有积极意义。