严重CEJ：阴极微孔层下降氢浸透和进步质子交流膜水电解槽的功能

　　氢的浸透性和电池功能是影响质子交流膜（PEM）电解安全高效运转的重要的条件。本文研讨了阴极微孔层（MPL）对质子交流膜水电解槽（PEMWE）中水传输、氢浸透和电池功能的影响。依据成果得出，在400 N cm−2下，在阴极的催化剂层（CL）和多孔传输层（PTL）之间增加MPL可使界面触摸电阻下降约60%，来提升了功能。MPL的潮湿性对PEMWEs的水输运和氢浸透起着至关重要的效果。疏水性MPL-P-CB4以聚四氟乙烯（PTFE）为粘结剂，炭黑（CB）负载量为4 mgCB cm−2，经过反向分散增强了水和氢从阴极向阳极的穿插，在2.0 A cm−2时，阳极产品气体中H2含量为2 vol%（爆破下限为50 %），超过了技能安全规范。但是，以Nafion离子为粘合剂的亲水性MPL （MPL-N-CB4）经过毛细压力将阴极CL中的水和氢有效地去除到阴极流场，在2.0 A cm−2时，O2中H2的体积百分比仅为0.2 。因而，在PEMWE阴极中，亲水MPL是完成优异功能和低氢穿插的最佳挑选。该研讨为规划下一代PEMWE阴极的PTL/CL接口供给了有价值的见地。

　　MPL-0和MPLs（大气压，80 °C）下PEMWEs的极化曲线。(a)极化曲线，(b)过电位，包含活化、欧姆和质量传递过电位，(c)高频电阻。

　　(a)不同MPLs下经过膜的水穿插通量的电流密度依赖性。(b) 0.1 A cm−2（上）和2 A cm−2（下）电流密度下的水穿插通量。

　　不同电流密度下MPLs对氢气浸透的影响：(a) O2中H2含量和(b)不同MPLs下氢气浸透通量。

　　在本研讨中，全面研讨了阴极MPLs在PEMWEs的水传输、氢浸透和电池功能中的效果。依据成果得出，亲水性和疏水性MPLs都下降了PTL和CL之间的ICR，来提升了PEMWEs的功能。但是，运用聚四氟乙烯作为粘合剂的疏水性MPL的PEMWE因为反对流而表现出较低的水穿插和较高的氢浸透，这构成了爆破的风险。相比之下，以Nafion为粘合剂的亲水MPL能够轻松又有效地促进水和氢从阴极到流场的去除。因而，亲水MPL在整个电流密度范围内导致较低的氢穿插。因而，与PEM燃料电池不同，亲水MPL具有优胜的功能，而低氢穿插阴极则适用于PEM水电解槽。