气体扩散层结构、材料及未来发展方向解析

氢燃料电池有四大关键材料，分别是催化剂、质子交换膜、气体扩散层以及双极板，它们在氢燃料电池中起到至关重要的作用。其中气体扩散层主要起到支撑、导电、传质、导热等作用。

可能很多人对气体扩散层不是很了解，本文给大家剖析一下气体扩散层的材料及结构。

一、气体扩散层材料

碳纤维：通过精炼油获得丙烯腈，然后将丙烯腈纺丝，预氧化、低温碳化、高温碳化，得到碳纤维。

碳纤维纸：由具有高拉伸强度的碳纤维制成，通过树脂胶将碳纤维牢固连接在一起，通过抄纸技术制备碳纤维纸。

碳纸：通过对碳纤维纸进行填孔等处理，然后低温热处理、低温碳化、高温碳化、石墨化，制备得碳纸。 

碳纸主要特点：

• 耐腐蚀性：碳纸经过高温热处理的碳构成，因此杂质含量极低，并且具有出色的耐腐蚀性。

• 高导电性：碳纤维更牢固地与碳键合，从而产生更好的导电性。

• 优异的透气性：其高孔隙率使气体平稳地流过碳纸。

• 高强度：碳纸薄，非常结实，并具有出色的压缩特性。 

• 表面光滑：由于碳纤维沿表面方向定向，因此该材料具有非常光滑的表面，与纺织品不同，几乎没有不规则性。碳纸是一种可靠的材料，其特性在极端条件下保持稳定。它的重量轻，使得任何由这种材料制成的东西都明显更 省油、更灵活。 

  
  

气体扩散层：碳纸加上疏水处理、微孔层得到气体扩散层。

二、气体扩散层结构

气体扩散层并不是单纯的一个碳纸，而是基底层MPS+微孔层MPL，还要进行疏水处理。

图出自通用氢能演讲PPT

其中基底层的种类可以有碳纤维布、碳纤维纸、金属网等，目前业界以碳纤维布为应用、研究主流；微孔层的种类有炭黑、石墨烯、碳纳米管等；疏水剂有FEP、PTFE、氟基材料等。

气体扩散层制备工艺流程：碳纸—连续疏水浸渍—多级热工艺处理—微孔层分散与涂布—性能测试—最终出货。

三、气体扩散层未来发展方向

控制成本，实现大批量生产，提高性能就是气体扩散层未来的发展方向。国内的氢燃料电池发展要市场化，就离不开降成本。气体扩散层长期是进口，实现国产化就是一个可行并且业界正在积极尝试的降成本路线。同时，提高性能，减缓材料衰减也是必行路径。

以上内容节选自艾邦第一届氢燃料电池产业论坛演讲回顾 通用氢能 肖鹏永 销售总监 《高性能气体扩散层批量化制备技术探索》，完整版视频请关注公众号：艾邦氢科技网（ID：htech360），发送关键词：20221021

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