由多孔聚四氟乙烯（PTFE）作為機械增強材料，全氟磺酸（PFSA）作為質子導電聚合物組成的增強復合膜（RCM）結構因其在聚合物電解質膜（PEM）燃料電池中的良好性能而備受關注。然而，在制備RCMs時聚合物納米復合材料仍然面臨著PFSA中的親水磺酸基與疏水納米多孔PTFE基體互不相溶的關鍵挑戰。在此，研究者報告了一種精細且簡便的制造策略，用于生產交叉定向PTFE（CA-PTFE）框架。電場引導靜電紡絲能夠創建獨特的微米級網格型PTFE基質，該基質是通過對靜電紡絲共軛聚合物進行退火合成的，從而去除載體聚合物并通過PTFE顆粒的融合形成連續的纖維結構。在網格型PTFE基體中CA-PTFE RCM均勻浸漬PFSA，有利于膜的水合作用，通過濃縮的磺酸基團使質子的溶脹最小且能夠有效擴散。采用CA-PTFE RCM的電池在低濕度和高濕度運行期間均顯示出優異的燃料電池電流，0.6V時的電流密度為1.38A/cm2，RH100%條件下的最大功率密度為0.85W/cm2。此外，即使在21,000次濕/干循環后，CA-PTFE RCM也能夠以較低的氫交叉實現持久的單電池運行（在0.4V時小于5mA/cm2），這超過了傳輸膜的耐久性標準。纖維狀PTFE增強材料的合理設計為未來高穩定性PEM燃料電池的發展開辟了新的道路。
圖1.（a）常規以及（b）有和（c）無旋轉收集器的電場引導靜電紡絲收集的納米纖維圖案的示意圖；（d）CA-PTFE的合成和CA-PTFE RCM的制備示意圖。
圖2.（a）定向PEO/PTFE纖維的低倍和（b）高倍SEM圖像，（c）定向PEO/PTFE纖維的取向分布函數（插圖：來自圖2a的FET輸出圖像）；（d）CA-PTFE的低倍和（e）高倍SEM圖像，以及（f）橫截面圖；（g）CA-PTFE和（h）CA-PTFE RCM的數碼照片圖像；（i）CA-PTFE RCM橫截面的SEM圖像（插圖：頂視圖）。
圖3.（a）c-PTFE、PEO/PTFE和CA-PTFE的FT-IR曲線；（b）c-PTFE和（c）CA-PTFE的孔徑分布；（d）c-PTFE和CA-PTFE的累積汞侵入；（e）c-PTFE和CA-PTFE的應力-應變曲線，（f）模擬應變-內壓曲線；通過FEM模擬獲得的（g）CA-PTFE和（h）c-PTFE在25%應變下的應力場圖像。
圖4.c-PTFE RCM和CA-PTFE RCM的（a）應力-應變曲線、（b）孔隙率值、（c）吸水性和（d）尺寸穩定性；（e）NR212、c-PTFE RCM和CA-PTFE RCM在不同溫度（RH>90%）下的通面質子電導率；（f）c-PTFE RCM和（g）CA-PTFE RCM中質子傳導行為的示意圖；（h）PTFE和PFSA比例為40:240的代表性PFSA模型水合之前（左）和之后（右）；（i）水合PFSA膜中氫離子的有效擴散率。
圖5.（a）NR212、（b）c-PTFE RCM和（c）CA-PTFE RCM在RH100%下進行1,500次循環前后的MEA性能（施加壓力為1.5bar），以及（d）NR212、（e）c-PTFE RCM和（f）CA-PTFE RCM在RH50%下進行1,500次循環前后的MEA性能（施加壓力為1.0bar）；使用NR212、c-PTFE RCM和CA-PTFE RCAM的MEAs在（g）RH100%和（h）RH50%下循環1,500次前后的奈奎斯特圖（在0.6V的外加電壓以及100mHz和100kHz頻率范圍內的EIS）；（i）持續濕/干循環前后CA-PTFE RCMs的氫交叉電流密度與外加電壓的函數關系（在RH100%以及1.0bar施加壓力下測量）。
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