GDL性质的表征与测试

GDL性质的表征与测试

在GDL中主要进行着反应气体的传递、反应产物的转移以及电子的传输。因此，考察GDL的性质即主要考察这三方面的传递能力。目前建立了一-些物理手段来表征GDL的性质，主要包括GDL的流体传输特性、导电性、孔结构以及亲疏水特性等。

1：流体传输特性

GDL中的流体主要是反应气体、水蒸汽和液态水。气体在扩散层中的主要传递方式为扩散，还包括部分的对流传质。采用液体渗透率可以用来表征液体的流动阻力，将一定的液体放在多孔的GDL表面，施加一-定压力使液体流过GDL, 关联流率与压力降之间的关系就可以表征液体在GDL的传递能力。

2：孔结构

孔隙率、孔分布和孔体积是衡最扩散层孔结构的重要参数。常用的孔结构测量仪器有压汞仪和毛细管流动孔隙仪。

前者以汞作润湿液，应用一定的压力将汞压入待测样品的孔中。后者采用低表面能的硅树脂为介质，在毛细力的作用下润湿待测样品后再加压迫使其流出孔道。

但是两种方法都不能反映电池运行时扩散层内的真实物质传输通道，因为气体扩散层材料里的非连通孔是对物质传输没有意义的，而在采用压汞法或毛细管流动孔隙仪测量时断孔、死孔都是包含在内的。

3:亲/疏水性质

GDL的液体润湿性即其亲疏水性质也是影响燃料电池性能的重要因素之一。适宜的亲/疏水孔比例有利于改善传质、提高极限电流密度。表征GDL的亲/疏水性质有两种方法:一是浸渍法，直接表征其亲水孔和疏水孔孔体积;二是测量接触角法，间接表征亲/疏水性质。

浸渍法采用总孔体积减去亲水孔孔体积即为憎水孔孔体积，这种方法的测量精度低，实验误差较大。接触角的大小只反应了气体扩散层的表面性质，由于扩散层表面的憎水性都比较强，但其内部憎水剂的分布又不一定很均匀，所以通过测量接触角来判断扩散层的亲疏水性质是不准确的。

4：导电性

扩散层的导电性,根据测量方向的不同,一般有两种测量方式。

对through-plane方向即GDL的厚度方向，-般采用加压测量接触电阻的方法，而对于in-plane方向的电阻多采用四点探针法。

一般through-plane?方向的电阻要比in-plane方向的电阻大-个数量级，这是由于在碳纸制备过程中纤维的排列方向造成的碳纸的各向异性。

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