Газодиффузионный слой (ГДС) (Gas Diffusion Layer (GDL)) необходим для осуществления токосъема, подвода исходных реагентов и отвода продуктов реакции. Газодиффузионные слои обычно изготавливают из углеродной бумаги или углеродной ткани, которые представляют собой пористые структуры. Благодаря наличию пор газообразные реагенты беспрепятственно проникают к каталитическому слою. Также поры служат для отвода продуктов реакции (воды) из катодной области. Поскольку углерод является электронным проводником, газодиффузионный слой служит одновременно и токовыми коллекторами.
Углеродная бумага Toray TGPH-090
Углеродная ткань LT 1071 HCB (Ballard)
Важной задачей является отвод воды, образующейся в процессе работы топливного элемента. Сами по себе углеродная ткань или углеродная бумага не обладают ярко выраженными гирофобными свойствами, поэтому обычно необходимо проводить дополнительную гидрофобизацию газодиффузионного слоя путем обработки специальными добавками, как правило фторопластом. Благодаря такой обработке поры ГДС становятся гидрофобными, что предотвращает их промокание и заполнение пор жидкой водой. При этом газообразные реагенты и пар беспрепятственно проникают через гидрофобизированный газодиффузионный слой.
Помимо проведения гидрофобизации ГДС обычно прибегают к нанесению микропористого слоя, состоящего, как правило, из композиции сажи и тефлона. Задача такого слоя – оптимизация водного баланса в топливном элементе в процессе его работы. Для этого микропористый слой должен служить надежным барьером для жидкой воды за счет высокой степени гидрофобизации, но при этом обладать высокими газопроницаемостью и электропроводностью. Состав и способ нанесения микропористого слоя является важнейшим моментом для получения высоких мощностных характеристик топливного элемента. Как правило, использование микропористого слоя позволяет повысить характеристики топливного элемента на 30 – 100%. Более того, если рабочая температура топливного элемента выше комнатной, например 65С, микропористый слой просто необходим для стабильности работы топливного элемента.
1. Гидрофобизированная углеродная бумага с микропористым слоем Sigracet 10 CC
2. Гидрофобизированная углеродная ткань с микропористым слоем E-TEK GDL-LT-1400W
Вопрос выбора между газодиффузионным слоем на основе бумаги и ткани совсем не очевиден. Как правило, разработчики топливных элементов принимают решение с точки зрения конкретных условий работы, таких, как размер МЭБ, рабочая температура, сухие или увлажненные газы используются, конструкция токовых коллекторов топливного элемента и т.д. Из собственного опыта можем утверждать, что при правильном использовании материалов характеристики топливного элемента, как с газодиффузионным слоем на основе углеродной бумаги, так и с ГДС на основе углеродной ткани вполне сравнимы между собой.
В разделе «Магазин» Вы можете ознакомиться с ценами и приобрести различные марки углеродной бумаги и ткани разной толщины и степени гидрофобизации, а также ГДС с нанесенным микропористым слоем следующих производителей: Toray, Ballard, Sigracet, E-TEK, Freudenberg.