DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.05.271

微孔层（MPL）是质子交换膜燃料电池中用于水管理的关键组件。近年来，采用可提供新型纳米纤维结构的静电纺丝技术制备了MPL，以提高燃料电池在常温下的性能。然而，潜在的原因还没有得到很好的理解，也没有试图研究它对冷启动性能的影响。在这项工作中，使用无毒溶剂制备了电纺MPL，并将常温和冷启动条件下的水管理特性与使用相同催化剂涂覆膜（CCM）的商用MPL进行了比较。由于传质损失显著降低，在较高的相对湿度下，电纺MPL在70℃下的性能明显优于商用MPL。在冷启动条件下，电纺MPL燃料电池发电时间更长，这可能是由于更好的界面连接，有利于去除催化剂层中的水。

图1.（a）静电纺丝过程的示意图。（b）静电纺MPL的热处理工艺。

图2.复合纳米纤维在热处理过程中的SEM形态和直径演变。

图3.（a）和（b）分别以相同的放大倍数显示电纺MPL和商用MPL的SEM图像。（c）和（d）分别为电纺MPL和商用MPL的水接触角图。

图4.在70℃和100％相对湿度下，电纺MPL和商用MPL的极化曲线和分离电压损耗。（负极为0.1 mgPt cm-2，正极为0.25 mgPt cm-2；H2流速：0.2 L min-1；空气流速：0.3 L min-1。两个MPL使用相同的GDL基板。蓝色线代表电纺MPL，红色线代表商用MPL。）（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的网络版本）

图5.在70℃和60％相对湿度下，电纺MPL和商用MPL的极化曲线和分离电压损耗。（负极为0.1 mgPt cm-2，正极为0.25 mgPt cm-2；H2流速：0.2 L min-1；空气流速：0.3 L min-1。两个MPL使用相同的GDL基板。蓝色线代表电纺MPL，红色线代表商用MPL。）（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的网络版本）

图6.电纺MPL和商用MPL分别在0.3和1.5 A cm-2下的电化学阻抗谱和拟合结果。EIS数据：（a）相对湿度100％；（b）相对湿度60％；EIS拟合结果：（c）相对湿度100％；（d）相对湿度60％。（负极为0.1 mgPt cm-2，正极为0.25 mgPt cm-2；H2流速：0.2 L min-1；空气流速：0.3 L min-1；电池温度：70℃。频率扫描的范围为0.1 Hz至10 kHz。蓝点代表电纺MPL，红点代表商用MPL。（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的网络版本）

图7.在-10℃和-15℃下的冷启动过程中，电纺MPL和商用MPL的电压变化。（负极为0.1 mgPt cm-2，正极为0.25 mgPt cm-2；H2流速：0.1 L min-1；空气流速：0.15 L min-1。蓝色线表示电纺MPL，红色线表示商用MPL。实心电压线表示-10℃，虚线电压线表示-15℃。）（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的Web版本。）

图8.（A）在-10℃和-15℃下的冷启动过程中，电纺MPL和商用MPL的产物水（蓝色条表示电纺MPL，红色条表示商品MPL）。（b）分别采用电纺MPL和商用MPL在冷启动过程中的过冷水输送示意图。（要解释此图例中对颜色的引用，请参阅本文的网络版本）