多孔传输层（PTL）和气体扩散层（GDL）是电解槽堆中的关键界面。它们是多功能组件，负责管理宏观双极板和微观催化活性位点之间液体、气体和电流的同时流动。
PTL和GDL在电化学电池中充当必不可少的桥梁，确保水的物理传输和气体的传输不会损害驱动反应所需的电气连接。
优化传质
均匀的反应物分布
电解的主要挑战是确保反应物（水）到达催化剂层的每个部分，而不仅仅是流道正下方的区域。
PTL/GDL通常由高孔隙率材料组成，可将水均匀分布到整个表面积。这种均匀性可防止反应位点的“饥饿”现象，并最大化电池的效率。
高效的气体排出
随着电化学反应的进行，氢气和氧气等产物气体会迅速生成。
如果这些气体不能立即排出，它们会形成气泡，阻止水到达催化剂。PTL/GDL的多孔结构有助于这些气体的快速排出，使活性位点保持清洁，以实现持续反应。
电气连接
充当集电器
除了流体动力学之外，这些层还在电子方面发挥着至关重要的作用。
它们充当集电器，将电流从刚性双极板传导到精密的催化剂层。由于催化剂通常是薄的或粉末状的，PTL充当为反应供能的导电桥。
材料成分
为了同时实现导电性和渗透性，这些层依赖于特定的材料。
常见的成分包括镍网、镍毡或碳布。这些材料具有支撑电池所需的机械强度，同时保持流体传输所需的高孔隙率。
理解权衡
平衡孔隙率和导电性
设计有效的PTL或GDL涉及明显的工程权衡。
高孔隙率对于流体流动（水进入，气体排出）非常有利，但会减少用于导电的固体材料量。相反，更致密的材料导电性更好，但会限制流体运动，可能导致传质限制。
为您的目标做出正确选择
电解器的有效性通常取决于PTL或GDL在多大程度上平衡了这些相互竞争的功能。
- 如果您的主要关注点是高电流密度：优先选择具有优化孔隙结构的材料，以处理大量气体气泡的快速排出。
- 如果您的主要关注点是电气效率：优先选择具有较高固体含量或特定编织方式的材料，以最大程度地减少与双极板的接触电阻。
理想的PTL可以最大化催化剂的活性面积，而不会成为电子流的瓶颈。
总结表：
| 功能 | 描述 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 传质 | 均匀分布水并排出气泡（H2/O2）。 | 防止活性位点饥饿，最大化电池效率。 |
| 电气连接 | 将电流从双极板传导至催化剂层。 | 作为反应的主要集电器。 |
| 结构支撑 | 为膜电极组件提供机械稳定性。 | 确保电池堆的持久接触和寿命。 |
| 材料选择 | 通常为镍网、镍毡或碳布。 | 决定孔隙率和欧姆电阻之间的平衡。 |
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参考文献
- Inês Rolo, F. P. Brito. Hydrogen-Based Energy Systems: Current Technology Development Status, Opportunities and Challenges. DOI: 10.3390/en17010180
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
