DOI:10.1016/j.electacta.2020.136192

高温聚合物电解质膜燃料电池（HT-PEMFCs）使用磷酸浸渍的聚酰亚胺膜，由于较高的工作温度，该膜可改善反应动力学，但会受到腐蚀性环境以及缓慢的氧传输和相关传输限制的困扰。在这项工作中，后一个问题是通过将气体扩散层（GDL）集成到整个静电纺丝概念中的气体扩散电极（GDE）来解决的。为此，采用同轴静电纺丝通过同时纺丝两种互不相溶的聚合物溶液以形成核-壳结构。由于壳中的相分离和随后的碳化处理（集成GDE@GDL），获得了多孔碳毡结构。全电池测试（0.6 mgPt cm-2）表明，与喷涂参考样品（1 mgPt cm-2）相比，归一化为铂含量的功率密度提高了21%。电化学阻抗谱（EIS）测量与弛豫时间分布（DRT）分析表明，GDE@GDL的形态有利于电极内部的氧传输。该研究的静电纺丝概念成功地消除了质量运输的局限性，所制备的GDE@GDL性能完全优于老式附加GDL片。

图1：集成电极@气体扩散层概念的示意图设计。

图2：基于相分离壳混合物和机械稳定芯的多孔碳纳米纤维的制备过程。

图3：（a）由PMMA、PAN和PVP层组成的电纺纳米纤维的SEM图像，（b）热处理后高度多孔的纳米纤维的SEM图像，以及（c）纳米纤维横截面的FIB-SEM图像。

图4：（a）Pt沉积后CNF的TEM图像，（b）Pt粒度分布和（c）GDE@GDL的X射线衍射图。

图5：（a）采用标准喷涂GDE（黑色）和电纺概念（蓝色）的单电池极化曲线。 使用H2/Air（λ=1.8/2.0）进行操作，（b）燃料电池在200 mA cm-2下运行的DRT光谱。指出了传质（MT）、氧还原反应（ORR）和高频（HF）的区域。（c）单电池的电化学阻抗谱，取自200 mA cm-2。