PEMWE用多孔传输层: 设计、制备与性能优化

孙鹏1,2, 聂志宇2, 单智伟1（1.西安交通大学材料科学与工程学院）（2.西安菲尔特金属过滤材料股份有限公司)

摘要: 质子交换膜电解水(PEMWE)因其高电解效率、快速动态响应和高纯度氢气产出, 被认为是最具潜力的可再生能源制氢技术之一。然而, PEMWE 的商业化推广仍受限于高成本和关键材料性能优化需求。其中, 多孔传输层(PTL)作为电解槽的核心组件, 其结构优化对提升电解槽效率和耐久性至关重要。系统综述了PTL 的设计、制备与性能优化策略, 旨在为高性能PTL 的开发提供理论支持与技术参考。描述了PTL 的主要制造工艺, 并对比了钛粉末烧结PTL、钛纤维烧结PTL 以及复合结构PTL 的特性。探讨了PTL 的结构参数(孔隙率、孔径分布、厚度)对导电性、流体渗透性及气泡传输的影响机制。进一步分析了多孔传输层/ 催化剂层(PTL/ CL)界面优化的必要性, 微孔层的引入是优化PTL/ CL 界面的重要途径, 可以提升三相界面接触面积, 从而提高催化剂利用率。最后, 总结并展望了未来研究方向, 包括PTL 涂层工艺的优化及降本, 开发梯度微孔结构及复合结构等, 以期为PEMWE 技术的高效化与低成本化提供重要理论支撑。

关键词: 质子交换膜电解水； 多孔传输层； 结构设计； 性能优化； 微孔层