我所理解的氢燃料电池(第六章：气体扩散层-下)
6-2-2 微孔层的位置
由图6-1可知，微孔层在气体扩散层上是位于催化层一侧，与催化层接触，现在需要思考两个小问题，一是微孔层只有一层，为什么不是两层，即气体扩散层两侧都有微孔层？二是只有一层的情况下，为什么是在催化层一侧？
这两个问题可以合成一个问题来回答：
1.气体的流通方向，气体是从极板流道被传输到催化剂表面，只有催化层一侧有微孔层才能起到气体更加均匀的分配，如果极板一侧增加了微孔层，增加了气体的流通阻力，如果只是极板一侧有微孔层，就没起到气体的均匀分配的作用；
2.水的排出方向，催化层一侧生成水，需要通过极板的流道排出去，通过前文可知，催化层一侧有微孔层可以让水变成小水滴，更容易被排出，如果极板一侧增加微孔层，增加了水被排出的阻力，更容易产生水淹现象，如果只是极板一侧有微孔层，压力作用跟催化层一层是相反的，会阻碍水的排出；
3.对于导电能力来讲，微孔层在哪一侧的影响不大，但是如果有两层微孔层，可能会增加电子传导的路径长度和电阻，影响电池的整体性能；
4.从生产工艺及成本角度看，如果要制造有两层微孔层的气体扩散层，工艺会更加复杂，在涂覆第二层微孔层时，需要保证其与第一层和基底层的良好结合，避免出现分层、孔隙堵塞等问题，同时造成成本的增加；
5.微孔层的存在可以对催化剂起到一定的物理支撑作用，它能够稳定催化剂颗粒的分布，防止催化剂在反应过程中团聚或脱落，如果微孔层在极板一侧，则失去了对催化层的这些作用。
6-3 气体扩散层的关键特性
6-3-1孔隙率
孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。
这里面要注意两个关键词，“体积”和“自然状态”。
为什么要说关注体积这个关键词，这里牵扯到一个小问题，孔隙率与表面粗糙度是什么样的关系，表面粗糙度是面的关键特性，其影响到气体扩散层的接触电阻。
高孔隙率可能导致高表面粗糙度，高表面粗糙度不一定意味着高孔隙率，可以简单总结一下两者关系就是在某些情况下可能存在关联，但没有必然的因果关系。
但是对于燃料电池的气体扩散层来说，因为其通气通水的作用，内部的孔隙结构会延伸到表面，高的孔隙率会造成气体扩散层高的表面粗糙度，更高的通气通水性能，必然造成孔隙率增加，这就造成气体扩散层的接触电阻增加，微孔层只是解决了催化层一层的接触电阻，极板一侧就需要考虑孔隙率的合理性了，何况极板一侧还有流道的存在。
另外气体扩散层的孔隙率会影响电子传导路径的连续性，孔隙率过高，可能会破坏电子传导路径，增加气体扩散层自身电子传导的电阻。
“自然状态”则说明孔隙率会随着受力状态的改变而改变，孔隙率大意味着更容易变形，其支撑的作用就会越小，因为孔隙率过高会降低气体扩散层的强度，孔隙的存在会减少固体部分的承载面积，这点与通气通水性相矛盾，所以孔隙率要在一个合理范围内。
总结一下，孔隙率影响了气体扩散层的通气性、通水性、电子传导性及支撑性，高的孔隙率会造成高的通气性和通水性，但会造成低的电子传导性和支撑性。因为气体扩层的主要作用是通气性和通水性，所以需要在尽量保证高的孔隙率的同时，兼顾电子传导性和支撑性。
目前燃料电池使用的气体扩散层的孔隙率一般在70%以上，经过研究和应用表明，孔隙率（大于 70%）的气体扩散层在保证气体扩散和水管理功能的同时，也能维持一定的机械稳定性和导电性。
最后，要清楚的一点是孔隙率指的是孔隙总体积占材料总体积的数值，孔隙总体积=孔隙平均孔径x孔隙数量，如图6-2所示，所以孔径的大小，尤其是平均孔径大小是影响气体扩散层性能的最根本参数。
图6-2 不同孔隙率对比图
6-3-2 疏水剂PTFE的含量
关于燃料电池不同部分的水分布研究表明，含水量最高的区域是气体扩散层，其次是极板流场通道，最后才是质子交换膜和催化层，所以气体扩散层的疏水性能是至关重要的，为了满足一定的疏水性，不论是基底层还是微孔层都需要进行疏水处理，目前燃料电池最常见使用的疏水剂就是PTFE，全称聚四氟乙烯，俗称特氟龙，其拥有耐高低温性、低摩擦性、不粘性、绝缘性、低导热性、化学稳定性等性能，生活中最常见的就是不粘锅涂层。
经过疏水处理的气体扩散层，因为PTFE的加入，提高了疏水性，但是会降低本身的导电性、导热性，同时会降低孔隙率，所以PTFE的在气体扩散层内的质量分数要在一个合理的范围内，要兼顾各个性能的平衡。
通过对不同碳类型、PTFE含量和孔形成剂设计的气体扩散层的物理孔隙特性的研究，得出的结论是，在所有碳类型中，石墨化炭黑拥有最好的性能，最佳匹配的PTFE含量约为30%。
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