来自保罗·谢尔研究所（PSI）的研究人员在实验室里开发了一种涂层技术，可以提高燃料电池的效率。燃料电池由氢气和氧气产生电能。气体从外部被输送到电池的电极。然而，在他们通向电极的过程中，气体会遇到不断在燃料电池内产生而本应该流出电池的液态水。当过多的水积聚起来，气体的流动会更慢，因而限制了电能的产生。 “我们新开发的涂层确保了液体水和气体通过燃料电池中的多孔材料时，使用的是单独的通道。这可以提高燃料电池的稳定性和性能”，PSI的电化学实验室的研究领队Pierre Boillat说。

燃料电池将包含在气体中的化学能转化为电能。所产生的电力可被用于为电动汽车供能。

在燃料电池的反应中唯一的化学产物就是水。燃料电池车的“废气”因此只包含无害的水蒸气。

自从2013年以来，燃料电池轿车已经批量生产面世了。但世界各地的研究人员依然继续努力，以提高燃料电池系统的效率，并降低其成本。

水限制发电量

这项工作的一个重要方面是把液态水从燃料电池不希望出现的那部分除去，因为水会破坏了气体的流动。例如，水聚集在被称为气体扩散层的孔洞中，这层通常由碳纤维材料组成，用来确保气体运输和氢气及氧气到电池电极的精细分布。集聚在气体扩散层中的水会妨碍气体的流动，因此限制了电池的输出功率。

在市售的燃料电池中，气体扩散层的碳纤维通常经过疏水性聚合物的均匀涂布，其目的是让水更容易地流掉。有了这个涂层，水会任意分布在材料中，并且气体往往被迫通过扩散层中的曲折路径。其结果是，这些气体只能缓慢达到电极，从而降低了燃料电池的性能。

PSI的新解决方案是在几乎所有的水集聚的地方创建独立的“疏通渠道”。剩余的干通道中，气体可以更迅速的流动。

适合于大量生产的方法

PSI的研究人员已经从早期的实验了解到，这不只是量，而且水在扩散层的分布也有重要影响。 “现在，我们第一次实现了这个想法，在大规模生产工艺的条件下，”PSI的博士生AntoniForner-Cuenca解释说，他在实验室中完成的实验。

PSI的研究人员的这个概念部分改变了最初的概念，将沿直线路径的憎水聚合物涂层改成亲水性涂层。水基本上会被吸入到那些通道中，而剩余区域的气体扩散层大多会保持干燥。 PSI的科学家们已经将这个过程申请了专利。

为了创造这个水通道，研究人员将亲水性分子插入原始聚合物的结构中。首先，他们必须用电子束处理聚合物，以便器可以与被连接的分子结合。

电子束和亲水性分子

这涉及通过金属掩模或网格传送该电子束，以创建两个不同的区域：电子束通过电网的地方，原始涂层可以随后被改变，以创建出亲水通道。在电子束不通过电网的地方，原聚合物保持疏水性。

在通过电子束改变方面，原聚合物涂层与特别分子发生化学反应，使其成为亲水性的，从而创造了优先通路，可有效地除去液态水。

由PSI开发的这个流程，电子束的帮助下，用于将功能分子贴附的过程，被研究者描述为“辐射接枝”。它类似于常见于园艺的接枝过程，有价值的植物接枝到其他健壮的枝干。在这种情况下，亲水性分子赋予基础聚合物其所需的亲水性。

科学家们能够证明，他们创造的渠道，实际上几乎吸去了所有的水。与此相反，其它区域几乎保持完全干燥。而其证明是由科学家使用PSI的散裂中子源SINQ的ICON束线得到的气体扩散层图像所提供。

新材料在线编译整理——翻译--Gary  校正：摩天轮