本发明总体上涉及扩散介质，使用根据本发明的扩散介质的燃料 电池，和使用这种燃料电池的燃料电池动力系统。更具体地，本发明 涉及扩散介质在解决燃料电池和其它类型装置湿操作条件下水传递困 难中的应用。

提供一种多孔扩散介质，包括带有水传递颗粒分布的多孔基质， 水传递颗粒在构成上适于解决湿操作条件下的水传递困难。

根据本发明的一个实施方案，提供一种多孔扩散介质，包括带有 水传递颗粒分布的多孔基质。该水传递颗粒分布规定了以水传递颗粒 密度相对高为特征的多个高颗粒密度区域和以水传递颗粒密度相对低 为特征的多个低颗粒密度区域。相对高和相对低的颗粒密度区域沿多 孔扩散介质的主平面尺寸交替，例如，扩散介质的面可包括高和低颗 粒密度区域的棋盘形排列图案，或高和低密度区域以交替相连方式彼 此相邻的任何其它区域排列方式。

根据本发明的另一实施方案，提供一种装置，其中根据本发明的 多孔扩散介质挨着催化剂层。

根据本发明的又一实施方案，提供一种装置，包括插在燃料电池 阳极流场和阴极流场之间的薄膜电极组件。根据本发明的多孔扩散介 质挨着薄膜电极组件的催化剂层。

根据本发明的又一实施方案，根据本发明的多孔扩散介质挨着薄 膜电极组件的催化剂层，多孔基质包括复写纸，水传递颗粒包括碳纤 维或粉末。相对高和相对低水传递颗粒密度区域沿多孔扩散介质的主 平面尺寸交替。相对高和相对低颗粒密度区域的各自性质沿多孔扩散 介质横截面在扩散介质第一和第二主面之间变化，从而第一主面比第 二主面总体更亲水，第二主面比第一主面总体更疏水。扩散介质沿扩 散介质的第一主面挨着催化剂层，沿扩散介质的第二主面挨着燃料电 池的流场。多孔扩散介质包括沿扩散介质第二主面布置的疏水材料。

当结合后文的附图阅读时，能更好地理解对本发明具体实施方案 的以下详细描述，其中相同的结构用相同的参照数字表示，其中：

图1为结合了根据本发明的多孔扩散介质的燃料电池的剖视示意 图；

图2表示根据本发明一种实施方案的扩散介质局部中水传递颗粒 的适宜分布情况；

图3表示根据本发明一种实施方案的扩散介质挨着催化剂层的情 况；

图4为沿根据本发明一种实施方案的扩散介质面的高和低颗粒密 度区域的适宜分布的示意图；和

图5为结合了使用根据本发明的多孔扩散介质的燃料电池的车辆 的图。

先参考图1，图示了结合根据本发明的多孔扩散介质20的燃料电 池10。具体地说，燃料电池10包括插在燃料电池10阳极流场40和阴 极流场50之间的薄膜电极组件30。预期流场40、50和薄膜电极组件 30在不脱离本发明范围内可采取各种常规形式或有待开发的形式。尽 管薄膜电极组件30的具体形式不包括在本发明的范围之内，但在图示 的实施方案中，薄膜电极组件30包括各个催化电极层32和离子交换 膜34。

参考图2，根据本发明的多孔扩散介质20包括带有水传递颗粒24 的分布的多孔基质22。水传递颗粒分布规定了以水传递颗粒24密度相 对高为特征的多个高颗粒密度区域26和以水传递颗粒24密度相对低 为特征的多个低颗粒密度区域28。相对高和相对低颗粒密度区域26、 28沿多孔扩散介质主平面尺寸平行于扩散介质20的第一和第二主面 21、23交替排列。

如在下面更详细地描述，可按照众多方式产生水传递颗粒24并使 其分布在整个基质22内。例如，根据本发明的一种实施方案，通过研 磨扩散介质20的第一主面21形成粉屑并用真空抽吸将粉屑抽吸通过 基质22而产生颗粒24。可设计真空抽吸以形成交替的相对高和相对低 颗粒密度区域26、28。粉屑可为结合的或未结合的。合适的粘合剂例 如氟聚物将被用于至少部分将水传递颗粒固结到多孔基质上。

合适的水传递颗粒24包括能促使水从扩散介质20的一侧传递到 另一侧的任何材料。例如，合适的水传递颗粒24包括但不限于碳(如 碳纤维或粉末)、石墨(如石墨纤维或粉末)、非全氟化聚合物、金 属氧化物和它们的组合。合适的非全氟化聚合物为聚偏二氟乙烯 (PVDF)。合适的金属氧化物为二氧化硅。当然，当水传递颗粒24由 形成多孔基质22的材料产生并且多孔基质22包括复写纸时，水传递 颗粒24将包括碳纤维、粉末或二者的组合。当多孔基质包括涂有疏水 材料如PTFE层的复写纸时，水传递颗粒可由复写纸和疏水层得到。就 此而言，注意到水传递颗粒24在一种物理形式下可由疏水性材料形 成，但在另一物理形态下可作为亲水性水传递颗粒。

多孔基质22可包括导电材料、复写纸、石墨纸、布、毡、泡沫、 碳或石墨织造物、碳或石墨无纺布、金属网或泡沫、和它们的组合。 尽管基质22的尺寸很大程度上依赖于与使用多孔扩散介质20的具体 应用有关的设计要求，但注意到厚度在约20μm至约1000μm，或更特 别地，约200μm可能更有用。同样，例如但非限定性地，多孔基质可 规定以织物透气性测试仪值(用Gurley Permeometer，型号NO.4301 测量)在约0.5英寸水时为约50ft3/min./ft2为特征的孔隙率，或更 一般地，Gurley织物透气性测试仪值在约0.5英寸水时在约 20ft3/min./ft2和约100ft3/min./ft2之间。关于这一点，注意孔隙率 是空气如何容易地通过材料样品的度量。Gurley试验测量给定体积空 气通过样品需要的时间。

注意可选择水传递颗粒24使得它们充分小至足以允许颗粒24穿 过多孔基质22的厚度尺寸d迁移。按照这种方式，可通过将介质20 和介质20携带的颗粒24放在真空抽吸下使颗粒24分布在整个扩散介 质20内，这在下文进一步描述。另外，存在与水传递颗粒24在基质 22内自由迁移性而带来的操作益处。例如，当扩散介质20挨着燃料电 池的催化电极层以解决催化剂层处的水传递需求时，颗粒24的自由迁 移性将允许部分颗粒转移到催化剂层的表面。当本文基于颗粒24在扩 散介质20的基质22内的迁移能力规定颗粒24的尺寸时，应注意的是 这种基准与扩散介质中是否存在粘合剂(以使颗粒结合在基质内)无 关。换句话说，当通过基于颗粒在扩散介质20内的迁移特性规定颗粒 尺寸时，应理解的是取扩散介质20中不存在粘合剂时的迁移特性。

共同参考图2和4，水传递颗粒24沿多孔扩散介质20的横截面分 布在扩散介质的第一和第二主面21、23之间，并沿第一和第二主面 21、23交替。为了说明目的，而不是用来限制，注意到根据本发明的 一种实施方案，交替的高和低密度区域26、28以约0.5cm的周期性为 特征。当然，高和低密度区域26、28的周期性和相对大小很大程度上 取决于与使用多孔扩散介质20的具体应用有关的设计要求。

本发明人已认识到确保燃料电池的阳极和阴极侧上的水传递由沿 扩散介质20的气体转移来补足所产生的益处。本发明高和低密度区域 26、28的交替构造，如图2和4所示，通过将扩散介质20分割成水传 递为重点的区域26和气体转移为重点的区域28来限制水传递和气体 传递之间的干扰。

如图2所示，某些应用可从这种构造中受益，即相对高和相对低 颗粒密度区域26、28各自的横截面尺寸沿多孔扩散介质20的横截面 在扩散介质20的第一和第二主面21、23之间相逆地变化。例如，可 形成一个主面21主要为相对高颗粒密度区域26而另一个主面23主要 为相对低颗粒密度区域28的扩散介质。因此，第一主面将总体比第二 主面更亲水，第二主面将总体比第一主面更疏水。这将在下文中参考 图3进一步详细说明，这些相异的性质对燃料电池本身可能是有用的。

本发明人认识到，应满足燃料电池催化剂层处的水传递需求以避 免与催化剂淹水(flooding)有关的问题。具体地说，在阴极层产生 水，并可能从阴极反向扩散到阳极，导致燃料电池阴极和/或阳极侧淹 水。如图3所示，主要为相对高颗粒密度区域26的第一主面21挨着 催化电极层32以满足燃料电池催化剂层32处的水传递需求。

相对高颗粒密度区域的密度可以从一个高颗粒密度区域到下一个 区域沿扩散介质的第一和第二主面之一基本保持一致。或者，相对高 颗粒密度区域的密度或构造可从一个高颗粒密度区域到下一个区域沿 扩散介质的第一和第二主面之一发生变化。这种沿扩散介质面的密度 变化可有助于燃料电池，因为可有利于提供从扩散介质流场入口区域 向流场的流场出口区域增加的特征密度值分布型，因为与流场入口区 域相比，水传递需求在流场出口区域附近更显著。

在本发明的一些实施方案中，可规定高颗粒密度区域26为充分亲 水，以规定沿扩散介质20的第一和第二主面21、23之一的前进接触 角在约135°和约180°之间，或更尤其在约160°和约168°之间。对于后 退接触角，可规定高颗粒密度区域为充分亲水，以规定沿扩散介质20 的第一和第二主面21、23之一的后退接触角在约95°和约135°之间， 或更尤其在约95°和约105°之间。

还是如图2和3所示，多孔扩散介质20可包括沿扩散介质20第 二主面23布置的疏水材料25，例如以疏水层的形式。疏水材料25一 般形成相对薄的层，例如厚度最高约125μm，并以最高约5mg/cm2扩散 介质表面积的负载量浸渍在多孔基质22中。疏水材料25防止液态水 滴在扩散介质20的第二主面23上聚集。预期有利的是确保疏水材料 25比多孔扩散介质20的相对高和相对低颗粒密度区域26、28都更斥 水滴，即更疏水。

疏水材料25可包括碳、石墨、含氟聚合物、聚合物和它们的组合。 举例而非限定性地，合适的含氟聚合物可由聚四氟乙烯(PTFE)、四 氟乙烯(TFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全 氟烷氧基化合物和它们的组合产生，合适的聚合物可选自聚亚苯基、 聚偏二氟乙烯(PVDF)和它们的组合。

参考图5，注意到根据本发明的装置可包括与根据本发明的燃料电 池10和燃料贮存机构15结合而规定燃料电池动力汽车100的附加结 构。

参考制造根据本发明的扩散介质的合适方法，该方法中的第一步 骤可为在相对疏水的物质中浸渍基材。典型的基材为100-400微米厚 的碳纤维纸，例如Toray(日本)生产的Toray TGPH-060。溶液一般 为包含悬浮在溶剂中的疏水物质如聚四氟乙烯(PTFE)的分散液。典 型的分散液为duPont生产的T-30液。基材在分散液中浸渍足够的时 间以实现基材接近完全被材料饱和。更具体地说，基材在液体中停留 约3分钟。缓慢取出基材，以便防止破损，并小角度取出使多余液体 流下基材。然后使纸在架上滴干约5-约10分钟。然后将支承基材的架 放到炉内进行热循环。

热循环可分成三个阶段，其中炉的温度可以10℃/min增加。在第 一阶段，热循环可从约40℃增加到约96℃，并保持此温度约45分钟。 在第二阶段，热循环的温度可从96℃增加到约300℃，并保持此温度 约30分钟。在第三阶段，热循环的温度随后可从约300℃升高到约390 ℃，并保持此温度约20分钟以烧结PTFE。然后使炉冷却至40℃，并 从炉中取出基材。

典型地，扩散介质质量的约0.1％-约25％，或更具体地，扩散介质 质量的约7％包括烧结的PTFE。烧结后，PTFE大致均匀地分布在基材 的第一和第二侧上，形成相对疏水的材料层。希望附带量的相对疏水 材料保留在基材本体内。相对疏水层可包括连续层或非连续层。

基材的第二侧被放在真空抽吸机之上。真空抽吸机包含空气孔， 其吸住基材并把基材保持在真空台上。空气孔直径一般约1/16”，彼 此相隔约1/4”。空气孔成排地彼此相隔约1/4”。空气孔排一般是交 错排布的。

然后针对基材的第一侧对基材进行研磨步骤，同时暴露于真空抽 吸。研磨形成粉屑，受真空抽吸机70拉引穿过基材的某些区域-形成 上述的高和低颗粒密度区域。对于面积大约为1000cm2的基材，真空抽 吸泵使空气以大约210立方英尺/分钟抽吸通过空气孔。

在第一侧上对基材进行研磨，其中约10微米和约500微米之间的 基材被磨掉。研磨后的最终厚度可为约185微米-约200微米，起始材 料大约为300微米厚；因此，一般约100微米的基材被磨掉。在本发 明的一种实施方案中，疏水材料(例如PTFE)最为显著集中在研磨前 基材的外表面上，真空抽吸在整个研磨过程中都进行，并在研磨后继 续一段足够的时间，以抽吸大部分(如果不是全部的话)相对疏水粉 屑，使其穿过基材进入与真空连接的废物容器内。这样，原本最接近 第一侧21的相对亲水粉末最后被抽吸穿过基材。当关闭真空后，使粉 屑沉积在基材中和基材上。更具体地说，拉引穿过基材但没有最终进 入废物容器的相对亲水粉屑保留在基材的孔内。还没有到达基材孔的 残余相对亲水粉屑沉积在基材的第一侧上，从而形成亲水层。或者， 为形成相对亲水层，除了作为代替依赖沉积在基材研磨侧上的已磨落 相对亲水性粉屑的选择外，可在基材上喷撒或涂敷相对亲水物质。具 有精确控制厚度的研磨步骤的应用可提高扩散介质的厚度均匀性，产 生提高的片材间和片材内厚度均匀性；已知现有技术扩散介质存在厚 度变差，这是令人烦恼的问题，因为目前的生产方法无法实现精确的 厚度控制。

如上所述，真空抽吸机可包含根据预定图案隔开一定距离的成排 空气孔。可使用该图案规定扩散介质的各个不同有效区域。如上所述， 燃料电池的进口区域与燃料电池的出口区域具有不同的要求。可调整 空气孔图案实现这些差异。

注意到，术语象“优选”、“通常”和“一般”在本文中并不用于 限制要求保护的发明范围或表明某些特征对要求保护的结构或功能而 言是关键的、必要的或重要的。相反，这些术语仅仅用于强调在本发 明的具体实施方案中可任选使用的替代性或附加特征。

为了描述和详细说明本发明的目的，注意到，术语“基本上”在 本文中用于代表为任何数量比较、数值、测量量或其它表示所属的固 有不确定性程度。术语“基本上”在本文中还用于代表某一定量表示 可从指定基准值变化而不导致受关注主题基本功能发生变化的程度。

已经详细描述了本发明并参考了其具体实施方案，显然，在不脱 离附属权利要求中限定的本发明范围的情况下，各种变更和变化是可 能的。更具体地说，尽管本文在此指出某些方面为优选或尤其有利， 但可以预期的是，本发明当然不限于本发明这些优选的方面。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种多孔扩散介质，包括带有水传递颗粒分布的多孔基质，其 中：

所述扩散介质规定了主平面尺寸以及基本上平行于所述扩散介质 的所述主平面尺寸的第一和第二主面；

所述水传递颗粒分布规定了以所述水传递颗粒密度相对高为特征 的多个高颗粒密度区域和以所述水传递颗粒密度相对低为特征的多个 低颗粒密度区域；

所述相对高和相对低颗粒密度区域沿所述多孔扩散介质的所述主 平面尺寸交替存在；并且

所述多孔扩散介质还包括沿所述扩散介质的所述第一和第二主面 之一设置的疏水材料层。

2.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒选自 碳、石墨、非全氟化聚合物、金属氧化物和它们的组合。

3.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述非全氟化聚合物 包括聚偏二氟乙烯(PVDF)，所述金属氧化物包括二氧化硅。

4.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒包括 碳/聚合物复合材料。

5.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒选自 碳纤维或粉末、石墨纤维或粉末和它们的组合。

6.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒包括 形成所述多孔基质的材料。

7.如权利要求6所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质包括复 写纸，所述水传递颗粒包括碳纤维或粉末。

8.如权利要求6所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质包括复 写纸和疏水材料层，所述水传递颗粒包括碳纤维或粉末。

9.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒包括 未结合的粉屑。

10.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒沿 所述多孔扩散介质的横截面在所述扩散介质的所述第一和第二主面之 间分布。

11.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高和相对 低颗粒密度区域沿所述扩散介质的所述第一和第二主面的至少一个交 替。

12.如权利要求11所述的多孔扩散介质，其中所述交替性密度区 域的特征在于周期性小于约1cm。

13.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高和相对 低颗粒密度区域沿所述扩散介质的所述第一和第二主面交替。

14.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高和相对 低颗粒密度区域各自的横截面尺寸沿所述多孔扩散介质的横截面在所 述扩散介质的所述第一和第二主面之间相逆地变化。

15.如权利要求14所述的多孔扩散介质，其中所述相对高和相对 低颗粒密度区域的所述各自横截面尺寸以这样的方式变化，即所述主 面之一主要为所述相对高颗粒密度区域，而另一个所述主面主要为所 述相对低颗粒密度区域。

16.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高和相对 低颗粒密度区域的各自性质沿所述多孔扩散介质的横截面在所述扩散 介质的所述第一和第二主面之间变化，使得所述第一主面比所述第二 主面总体更亲水，所述第二主面比所述第一主面总体更疏水。

17.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高颗粒密 度区域的特征密度值沿所述扩散介质的所述第一和第二主面之一从一 个高颗粒密度区域到下一个区域基本保持一致。

18.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述相对高颗粒密 度区域的特征密度值从一个高颗粒密度区域到下一个区域沿所述扩散 介质的所述第一和第二主面之一变化。

19.如权利要求18所述的多孔扩散介质，其中所述特征密度值的 所述变化规定了这种特征密度值分布，其从所述扩散介质的流场入口 区域向所述流场的流场出口区域增加的。

20.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述高颗粒密度区 域充分亲水，从而规定沿所述扩散介质的所述第一和第二主面之一的 前进接触角在约135°至约180°之间。

21.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述高颗粒密度区 域充分亲水，从而规定沿所述扩散介质的所述第一和第二主面之一的 前进接触角在约160°至约168°之间。

22.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述高颗粒密度区 域充分亲水，从而规定沿所述扩散介质的所述第一和第二主面之一的 后退接触角在约95°至约135°之间。

23.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述高颗粒密度区 域充分亲水，从而规定沿所述扩散介质的所述第一和第二主面之一的 后退接触角在约95°至约105°之间。

24.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质沿所 述主平面尺寸呈现基本均匀的孔隙率分布。

25.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质包括 选自复写纸、石墨纸、布、毡、泡沫、碳或石墨织造物、碳或石墨无 纺布、金属网或泡沫和它们的组合的导电材料。

26.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质的厚 度在约20μm至约1000μm之间。

27.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质的厚 度为约200μm。

28.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质规定 了特征在于在约0.5英寸水时的织物透气性测试仪值为约 50ft3/min./ft2的孔隙率。

29.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔基质规定 了特征在于在约0.5英寸水时的Gurley织物透气性测试仪值为约 20ft3/min./ft2至约100ft3/min./ft2之间的孔隙率。

30.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述多孔扩散介质 还包括用以至少部分固定所述水传递颗粒在所述多孔基质上的粘合 剂。

31.如权利要求30所述的多孔扩散介质，其中所述粘合剂包括含 氟聚合物。

32.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述疏水层具有最 高约125μm的厚度。

33.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中沿所述第一和第二 主面之一设置的所述疏水材料层的特征在于负载量最高约5mg/cm2扩 散介质表面积。

34.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述疏水材料层被 设计使得比所述多孔扩散介质的所述相对高和相对低颗粒密度区域更 斥水滴。

35.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述疏水材料层包 括碳、石墨、含氟聚合物、聚合物和它们的组合中的一种。

36.如权利要求35所述的多孔扩散介质，其中所述疏水材料包括 由聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯(TFE)、乙烯四氟乙烯(ETFE)、 氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基化合物和它们的组合中的一种产生 的含氟聚合物。

37.如权利要求35所述的多孔扩散介质，其中所述疏水材料包括 选自聚亚苯基、聚偏二氟乙烯(PVDF)和它们的组合的聚合物。

38.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述疏水材料层仅 沿所述扩散介质的所述第一和第二主面中的一个设置。

39.如权利要求1所述的多孔扩散介质，其中所述水传递颗粒的 特征在于，尺寸充分小至足以允许所述水传递颗粒穿过在所述扩散介 质的所述第一和第二主面之间规定的所述多孔基质的厚度尺寸迁移。

40.一种装置，包括挨着催化剂层的多孔扩散介质，其中：

所述扩散介质规定了主平面尺寸以及基本上平行于所述扩散介质 的所述主平面尺寸的第一和第二主面；

所述水传递颗粒分布规定了以所述水传递颗粒密度相对高为特征 的多个高颗粒密度区域和以所述水传递颗粒密度相对低为特征的多个 低颗粒密度区域；

所述相对高和相对低颗粒密度区域沿所述多孔扩散介质的所述主 平面尺寸交替存在；

所述相对高和相对低颗粒密度区域的各自性质沿所述多孔扩散介 质的横截面在所述扩散介质的所述第一和第二主面之间变化，使得所 述第一主面比所述第二主面总体更亲水，且所述第二主面比所述第一 主面总体更疏水；并且

所述扩散介质沿所述扩散介质的所述第一主面挨着所述催化剂 层。

41.如权利要求40所述的装置，其中所述相对高和相对低颗粒密 度区域各自的横截面尺寸沿所述多孔扩散介质的横截面在所述扩散介 质的所述第一和第二主面之间相逆地变化，使得所述第一主面的特征 在于为具有相对大横截面尺寸的高颗粒密度区域，且所述第二主面的 特征在于为具有相对小横截面尺寸的高颗粒密度区域。

42.如权利要求41所述的装置，其中所述扩散介质沿所述扩散介 质的所述第一主面挨着所述催化剂层。

43.如权利要求40所述的装置，其中所述相对高和相对低颗粒密 度区域各自的横截面尺寸沿所述多孔扩散介质的横截面在所述扩散介 质的所述第一和第二主面之间变化，使得所述主面之一主要为所述相 对高颗粒密度区域，而另一个所述主面主要为所述相对低颗粒密度区 域。

44.如权利要求40所述的装置，其中所述扩散介质沿所述扩散介 质的所述第一主面挨着所述催化剂层。

45.如权利要求44所述的装置，其中所述多孔扩散介质包括沿所 述扩散介质的所述第二主面设置的疏水材料。

46.如权利要求40所述的装置，其中所述装置还包括与所述催化 剂层和所述多孔扩散介质结合而规定薄膜电极组件的附加结构，该薄 膜电极组件插在阳极流场和阴极流场之间。

47.如权利要求46所述的装置，其中所述装置还包括与所述薄膜 电极组件、所述阳极流场和所述阴极流场结合而规定燃料电池的附加 结构。

48.如权利要求47所述的装置，其中所述水传递颗粒的特征在于 其迁移自由性足以允许所述水传递颗粒在所述燃料电池操作过程中转 移到所述催化剂层的表面。

49.如权利要求47所述的装置，其中所述装置还包括与所述燃料 电池结合而规定车辆的附加结构。

50.如权利要求48所述的装置，其中所述燃料电池规定所述车辆 的动力源。

51.一种装置，包括插在燃料电池阳极流场和阴极流场之间的薄 膜电极组件，其中：

多孔扩散介质挨着所述薄膜电极组件的催化剂层；

所述多孔扩散介质包括带有水传递颗粒分布的多孔基质；

所述多孔基质包括复写纸，而所述水传递颗粒包括碳纤维或粉 末；

所述水传递颗粒分布规定了以所述水传递颗粒密度相对高为特征 的多个高颗粒密度区域和以所述水传递颗粒密度相对低为特征的多个 低颗粒密度区域；

所述相对高和相对低颗粒密度区域沿所述多孔扩散介质的主平面 尺寸平行于所述扩散介质的第一和第二主面交替存在；

所述相对高和相对低颗粒密度区域的各自性质沿所述多孔扩散介 质的横截面在所述扩散介质的所述第一和第二主面之间变化，使得所 述第一主面比所述第二主面总体更亲水，且所述第二主面比所述第一 主面总体更疏水；

所述扩散介质沿所述扩散介质的所述第一主面挨着所述催化剂 层；

所述扩散介质沿所述扩散介质的所述第二主面挨着所述燃料电池 的流场；

所述多孔扩散介质包括沿所述扩散介质的所述第二主面设置的疏 水材料；并且

所述疏水材料包括聚四氟乙烯(PTFE)。