质子交换膜燃料电池是一种直接将燃料中化学能转化为电能的能量转化装置，具有无污染、能量转化效率高、运行温度低、响应速度快等优点，已广泛应用于交通、分布式能源、发电站、航空航天、热电联供等多个领域，但实现其大规模产业化应用仍面临性能、成本和寿命等多方面挑战。流场极板（Bipolar plate, BP）在燃料电池中起到反应气体供给、液态水排出、机械支撑、导电/导热等作用。图1为质子交换膜燃料电池和流场结构示意图，可以看出，得益于多孔流场特有的多孔结构，多孔流场相比传统沟脊流场在强化反应气体供给、传热和导电等方面具有显著优势，有望在下一代高功率密度燃料电池中得到广泛应用。图2所示为应用沟脊流场和多孔流场的燃料电池极化曲线，可以看出，多孔流场可有效提升燃料电池性能。
图1 质子交换膜燃料电池及流场结构示意图
图2 典型应用传统沟脊式流场和多孔流场的燃料电池极化曲线
近日，西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与教育部重点实验室屈治国教授团队联合天津大学焦魁教授以及加州大学欧文分校Wang Yun（王云）教授，在国际权威期刊《Chemical Reviews》（IF：72.087）发表题为《Porous Flow Field for Next-Generation Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Materials, Characterization, Design, and Challenges》的综述文章。本综述首先从材料、制备方法、表征方法等方面对多孔流场进行了全面介绍；之后，对多孔流场中的气液两相流动以及多孔流场对燃料电池在正常工况和冷启动工况下的性能进行了深入讨论；最后，对气液分流、极板扩散层一体化设计，人工智能辅助的多孔结构设计等该领域的未来研究方向进行了展望。本综述对加速多孔流场在质子交换膜燃料电池中的应用，实现燃料电池功率密度的大幅提升，进而促进其商业化应用进程具有重要意义。
论文第一作者为西安交通大学能动学院热流科学与工程系张国宾博士，通讯作者为西安交通大学能动学院热流科学与工程系屈治国教授、天津大学焦魁教授和美国加州大学欧文分校Wang Yun（王云）教授。第一单位为西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与教育部重点实验室。论文受国家自然科学基金，中国博士后科学基金资助项目，中央高校基本科研业务费专项资金等资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00539