浅谈碳纸和碳布在PEM燃料电池中的应用区别

碳纸（carbon paper）和碳布（carbon cloth）是两种已商业化的碳纤维产品，常用作气体扩散层gas diffusion layer（GDL），在燃料电池PEM中应用广泛。GDL在燃料电池中起到非常关键的作用，主要包括：保护和支撑催化剂、导电、传导气体和排出水等。那么，碳纸和碳布有什么区别呢？

从工艺上讲，碳纸是无纺加工而成，碳布则是有纺加工而成。从结构上讲，碳布具有多孔结构和更粗糙的表面，碳纸表面更加光滑一些。二者都可以在燃料电池中作为GDL气体扩散层使用。目前，在工业规模化使用上，以碳纸居多，在实验室科研领域，以碳布居多。

（图片来源：Wang et al., Electrochimica Acta, 2007, 52: 3965-3975）

有研究表明，在湿度较低的条件下，碳纸的效果比碳布要好，原因是碳纸的结构比碳布更曲折，阻止了水分流失，降低了欧姆损耗。在湿度较高的条件下，低电流密度（低于0.6A/cm²）条件下，二者效果无差异，高电流密度（高于0.6A/cm²）条件下，碳布的效果比碳纸要好，原因是碳布比碳纸更具多孔结构和较低的弯曲度，表面粗糙，有利于水的分离。

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