我国学者在高效气体扩散电极构筑研究方面取得进展

图 气体扩散电极定向孔道工程策略及性能（A）农业垄沟灌溉理念，（B）电极内"垄-沟"结构设计，（C）定向孔道飞秒激光加工示意图，（D）无膜直接甲酸燃料电池性能比较，（E）锌空电池极化与功率密度曲线，（F）直接甲醇极化与功率密度曲线，（G）不同电位下CO2还原电流密度与法拉第效率

　　在国家自然科学基金项目（批准号：52021004、52261135628等）等资助下，重庆大学廖强、李俊教授团队在高效气体扩散电极构筑研究方面取得进展，相关成果以“定向孔道工程：气体扩散电极中气-液传输解耦（Aligned-pore engineering: Decoupling gas-liquid transport in gas diffusion electrodes）”为题，于2025年11月10日在线发表在《焦耳》（Joule）期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102199。

　　气体扩散电极中的非贵金属替代是降低燃料电池、CO₂电解器、金属空气电池等下一代电化学能源转化装备成本，实现大规模应用的关键。但非贵金属电极厚度（~100μm）远大于贵金属电极（~15μm），且电极材料颗粒堆积无序，导致气液逆流输运相互制约、电荷传导网络分布离散，质荷传递阻力大，严重抑制电极性能。传统的方式是在电极中添加绝缘性粘结剂及憎水剂，无法兼顾电极内部气体、液体高效传递与电子高效传导。

　　受我国古代“旱则引灌、涝则疏导”的农业垄沟灌溉法启发，研究团队利用飞秒激光，在电极导电骨架内构建"垄-沟"结构，使垄部小孔优先导气，沟部大孔优先导液，以空间传输通道解耦实现了气液输运与电子传导的同步强化，从而建立了适用于燃料电池、CO₂电解器、金属空气电池等多个电化学体系的同步强化电极气水输运和电子传导通用策略。相较传统电极，该策略所构筑的电极在不改变电导率的情况下，传质阻抗降低46%，基于该结构的无膜直接甲酸燃料电池最大功率密度达到85.5 mWcm^-2。该策略在直接甲醇燃料电池、锌空电池和CO2电解器中均得到有效验证，展现了其在高性能气体扩散电极中的适用性，解决了传统气体扩散电极结构难以兼顾气体、液体高效传递与电子高效传导的难题。