質子交換膜燃料電池即氫燃料電池由于具有高效、環境友好、工作條件溫和等優勢，一直以來備受關注。但目前其面臨氣體傳質和水管理薄弱的問題，導致體積比功率較低。日前，記者從中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所獲悉，該所周小春研究員團隊利用激光雕刻技術，以東麗碳紙為基材，設計制備了具有波形流道和微通道脊的新型一體化氣體擴散層。其具有豐富的多孔結構，具備優異的氣體傳質和水管理能力，可提升質子交換膜燃料電池的性能。近日，該成果論文發表在國際期刊《科學進展》上。

質子交換膜燃料電池，由流場板、氣體擴散層、微孔層、催化層、質子交換膜等組件構成，可用于電動汽車、電動自行車、電動三輪車等交通工具以及小型發電站等。氣體擴散層位于流場板和催化層之間，在燃料電池中起著導電、支撐膜電極、傳質、水管理的作用。在質子交換膜燃料電池工作時，反應氣體經氣體擴散層傳遞到催化層，催化層生成的水經由氣體擴散層排出。而反應氣體的傳質和水的排出直接影響著膜的電極性能，較差的氣體傳質和水管理能力都會導致膜電極性能的降低。

目前，氣體擴散層通常是由基底層和微孔層構成，其中構成基底層的材料一般是碳紙、碳布等。周小春團隊經過多年積累，從燃料電池結構入手，經過不斷調試和優化，最終以碳紙為基材，利用激光雕刻的方法在碳紙上制備出了流場結構，從而得到了新型一體化氣體擴散層。這種新型一體化氣體擴散層將傳統質子交換膜燃料電池中的流場板和氣體擴散層的功能合二為一，能有效解決傳統燃料電池傳質和水管理薄弱的問題。未來，團隊希望能繼續在一體化氣體擴散層領域進行深入研究，并將其廣泛應用于質子交換膜燃料電池和其他能量轉換器件中。