在国家自然科学基金创新群体（52021004）和中意国际合作项目（52261135628）资助下，重庆大学能动学院、国家储能技术产教融合创新平台廖强、李俊教授团队在气体扩散电极气液两相传递调控研究方面取得进展，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日发表在《焦耳》（Joule）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102199。

图1 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"脊-沟"结构设计，（C）定向孔道飞秒激光加工示意，（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

气体扩散电极是燃料电池、锌空气电池、CO2电解等电化学能源转化系统的关键组成部分，其核心作用依赖于固-液-气三相界面的高效协同。然而，在传统气体扩散电极中，气-液传输竞争易导致传质受限、局部淹没、电极效能低等瓶颈问题。针对上述瓶颈，如何在电极内部同时构建通畅的气相扩散通道与稳定的液相传输路径，实现气-液传输的解耦，是当前气体扩散电极设计中的核心挑战。

针对上述挑战，研究团队受农业垄沟灌溉启发，提出了一种面向耗气电化学体系的普适性定向孔道工程性能提升策略。该策略通过飞秒激光调控孔径依赖的毛细力，在电极内构建"脊-沟"结构：脊部小孔优先导气，沟部大孔优先导液，从而实现气-液传输路径的空间解耦。相比传统电极，研究构筑的电极可显著强化气液输运和丰富三相界面，传质阻抗降低46%，三相界面提升1.96倍。基于此结构的无膜直接甲酸燃料电池最大功率密度达85.5 mW cm-2，性能提升82%，创同类电池最高纪录。该策略还在直接甲醇燃料电池、锌空电池和CO₂电解池中均验证有效，展现了其在高性能气体扩散电极中的普适性。该成果突破了传统气体扩散电极中难以兼顾气体扩散与电解液供给的结构瓶颈，提出了兼具科学创新性和工程可行性的电极构筑新范式，对推动电化学能源转化技术的发展具有重要意义。