CN104831252B - 炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法及其应用，该方法是先借助吸水材料通过浸涂、滚压，在炭纤维纸的一表面及内部粘附催化剂前驱体溶液，烘干后，置于沉积炉中依次进行催化剂前驱体的热分解和还原反应，得到单表面及内部负载了催化剂的炭纤维纸，再采用丙烯、甲烷、乙炔等作为碳源，在负载了催化剂的炭纤维纸表面生长碳纳米纤维，通过该方法可在炭纤维纸一表面原位生长有大面积、形貌均匀的碳纳米纤维薄膜，复合结构作为燃料电池的气体扩散层，能有效提高燃料电池的三相传输性能和电化学综合性能，在燃料电池气体扩散层等领域具有重要的应用前景。

Description

炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法 及其应用

技术领域

本发明涉及一种炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法及其在燃料电池中的应用，属于电池领域。

技术背景

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)因具有功率高、对环境友好、工作温度低等优点，成为电动汽车、固定发电站和便携式设备等极具应用前景的动力源。近年来，随着能源和环境问题的凸显，燃料电池的研究和发展的受到了广泛关注。气体扩散层是PEMFC的关键组件之一，一般由大孔层(炭纤维纸)和涂覆在一侧的微孔层两部分组成。其中微孔层孔隙的尺寸介于大孔层和催化层之间，有利于液态水从催化层中移除和气体的均匀扩散，也可降低电极的接触电阻，增强催化层和质子交换膜的化学和力学稳定性，从而提高电池的性能。传统的微孔层由炭黑或石墨晶粒经聚四氟乙烯(铁氟龙，PTFE)疏水处理以后制得，由于PTFE的导电性差，以及炭黑或石墨晶粒被PTFE粘结后分散性欠佳，空隙分布不够均匀，因此有待设计更合理的微孔层结构，以提高PEMFC电极的导电性以及水汽传输的合理性。

碳纳米纤维具有高导电性、高疏水性、高强度、高比表面、高长径比、化学惰性、表面结构多样等众多优点，是用于微孔层的理想材料。由炭纤维纸和碳纳米纤维形成的气体扩散层有望提高电池的水电传输和电池性能，并降低成本。关于碳纳米纤维或碳纳米管与炭纤维纸相结合制备气体扩散层结构的技术已有报道。主要有涂覆和原位生长两种方法，有人先将碳纳米纤维或碳纳米管在溶液中分散，随后将其喷涂、刷涂、刮棒涂布或刮刀涂布在炭纤维纸的表面、进行热处理后得到扩散层结构，或将炭纤维纸浸涂碳纳米纤维或碳纳米管溶液得到。有人将炭纤维纸在催化剂躯体溶液中浸涂后，再将催化剂躯体还原并直接在炭纤维纸表面和内部生长碳纳米纤维或碳纳米管；有人采用等离子溅射或电沉积法，将催化剂纳米颗粒溅射或电沉积在炭纤维纸上并生长碳纳米纤维或碳纳米管；有人将浮游化学气相沉积法得到的碳纳米纤维或碳纳米管实时收集在炭纤维纸基底上；另外也有人在炭纤维纸制备过程中，并以酚醛树脂溶液作为粘结剂将分散好的碳纳米管粘结在炭纤维纸坯体表面，随后进行热处理或化学气相沉积热解碳将碳纳米纤维固定，得到碳纳米管改性的炭纤维纸成品。

然而，涂覆法得到的样品中，碳纳米纤维或碳纳米管与炭纤维纸之间的结合不够紧密、引入杂质、且碳纳米纤维或碳纳米管易侵入炭纤维纸内部，堵塞内部的孔隙，不利于样品作为气体扩散层的水、电、气三相传输。对于原位生长方法，以前在催化剂准备阶段都没有保证使催化剂仅存在于炭纤维纸基底的一侧，从而使炭纤维纸的内部和两侧都生长出碳纳米纤维或碳纳米管。而作为微孔层材料，碳纳米纤维或碳纳米管一般只需要在炭纤维纸靠近催化层的一侧使用，而靠近双极板一侧生长碳纳米纤维或碳纳米管则可能阻塞双极板的流道，不利于质量传输；另外在炭纤维纸两侧或内部生长碳纳米纤维也可能增加扩散层厚度，提高其电阻，并阻塞内部孔隙、使孔隙分布不均匀，从而限制扩散层内部的三相传输、降低电池性能。因此有必要改进催化剂在炭纤维纸表面的涂覆工艺，使其仅涂覆在炭纤维纸一侧并在这一侧原位生长出碳纳米纤维或碳纳米管。

另一方面，为满足实际应用需求，制备大面积碳纳米纤维生长在炭纤维纸一侧的气体扩散层结构尤为重要，到目前为止还没有任何关于通过沉积角调控大面积碳纳米纤维生长的方法的报道。

发明内容

针对现有技术中制备在碳纤维纸一侧表面生长碳纳米纤维复合结构的方法存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种在炭纤维纸一表面原位生长大面积、形貌均匀的碳纳米纤维薄膜的方法。

本发明的另一个目的是在于提供所述炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构在燃料电池中的应用，将其作为燃料电池的气体扩散层，能有效提高燃料电池的三相传输性能和电化学综合性能，并降低燃料电池的生成成本。

本发明提供了一种炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤a：

将吸水材料置于催化剂前驱体溶液中浸泡后，取出，获得吸附了催化剂前驱体溶液的吸水体；

步骤b：

将吸附了催化剂前驱体溶液的吸水体平铺在炭纤维纸的一表面，通过棒状物对吸水体进行滚压使催化剂前驱体溶液粘附于炭纤维纸表面且部分渗入炭纤维纸内部；揭开吸水体后，将炭纤维纸干燥，得到一表面及内部沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸；所述的炭纤维纸中催化剂前驱体沿炭纤维纸表面到内部形成一个质量含量由高到低的梯度分布；

步骤c：

将沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸作为基底固定在化学气相沉积炉的反应室中央，且将沉积有催化剂前驱体的表面面对化学气相沉积炉的入射气流方向；在反应室中先通入氮气，进行高温分解反应，再通入氮气和氢气混合气体，进行还原反应，进一步通入氮气和碳源气体混合气体，进行原位气相生长碳纳米纤维，得到炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构。

本发明的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维的方法还包括以下优选方案：

优选的方案中步骤a中沿吸水体的一端将吸水体从催化剂前驱体溶液中以1～5cm/s的速度匀速提出。该操作更有利于催化剂前驱体溶液在吸水材料上分布均匀。

优选的方案中采用棒状物置于吸水体表面沿吸水体一端匀速滚压至另一端，重复多次后，从吸水体一端将吸水体从炭纤维纸表面以1～5cm/s的速度匀速揭开。滚压的次数以3～10次为佳。采用滚压方式能使吸水体与炭纤维纸之间的空气排净，更有利于催化剂前驱体溶液均匀粘附在炭纤维纸表面及部分渗入炭纤维纸内部。优选的揭开方式更有利于在炭纤维纸表面形成一层催化剂前驱体薄膜。该方案充分利用炭纤维纸的疏水性，仅使部分催化剂前驱体溶液渗入炭纤维纸，可避免催化剂前驱溶液渗透至炭纤维纸另一侧。优选的棒状物可以为玻璃棒或其它固体棒状物。

优选的方案中进行分解反应的条件为：氮气流量为2～8L/min，在250～450℃温度下反应1～4h。

优选的方案中进行还原反应的条件为：在氮气流量为1～4L/min，氢气流量为1～4L/min，在300～500℃温度下反应1～4h。

优选的方案中进行原位气相生长碳纳米纤维的条件为：氮气流量为1～4L/min，碳源气体流量为0.1～1.5L/min，在500～900℃温度下原位生长20～150min。

优选的方案中碳源气体为丙烯、乙烯、甲烷、天然气中的至少一种。但适用于本发明碳源不局限于此，小分碳化合物都适应于本发明方案。

优选的方案中吸水材料为吸水纸、羊毛毡或植物纤维。

优选的方案中催化剂前驱体溶液为硝酸镍溶液、硝酸钴溶液或硝酸铁溶液。

优选的方案中吸水材料置于浓度为2～20wt％的催化剂前驱体溶液中浸泡1～5min。

优选的方案中通过在0°～90°范围内调节入射气流方向与沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸基底法线之间的夹角，控制碳纳米纤维在炭纤维纸上的生长特征。

进一步优选的方案中入射气流方向与沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸基底法线之间的夹角可调节为0°、22.5°、45°、67.5°、90°。通过对基体和法线和入射气流方向之间的夹角的控制，能有效调节碳纳米纤维的微观生长特征，获得大面积的，且厚度、密度和微孔结构都均匀的碳纳米纤维薄膜。

优选的方案中在将碳纤维纸浸泡之前，对催化剂前驱体溶液进行超声分散处理。

优选的方案中单表面粘附有催化剂前驱体溶液的炭纤维纸置于烘箱中，在50～80℃温度条件下烘干2～5h。

本发明的方案制得的碳纤维纸单表面原位生长有碳纳米纤维复合结构具有从微米尺度孔隙到纳米尺度孔隙的分级多孔结构。

本发明的方案通过一端设计了夹具的细石墨杆件将沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸固定在化学气相沉积炉的反应室中央，同时通过一系列的石墨杆件，调节基体法线与入射气流方向之间的夹角。

本发明的方案采取将炭纤维纸的沉积有催化剂前驱体的表面面对入射气流方向，以消除气体在炭纤维纸内部扩散对碳纳米纤维生长的影响。

本发明的方案中在生长碳纳米纤维的过程中，通过将反应室抽真空，再充满氮气至常压的处理，以保证将反应室中的空气排尽。

本发明还提供了所述制备方法制得的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的应用，其特征在于，作为燃料电池的扩散层应用于制备燃料电池。

优选的应用方法是将炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的具有碳纳米纤维薄膜的表面置于燃料电池催化层一侧，未生长碳纳米纤维一侧置于燃料电池双极板一侧。

本发明还提供了炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构作为燃料电池的扩散层在燃料电池中的安装方式：将炭纤维纸生长了碳纳米纤维的一侧安装于燃料电池的催化层一侧，将未生长碳纳米纤维的一侧安装于燃料电池双极板一侧，改善电池的传输管理。

本发明的有益效果：

1、通过本发明方法制备出来的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构具有从微米尺度孔隙到纳米尺度孔隙的分级多孔结构，且碳纳米纤维薄膜的厚度、密度和微孔结构都均匀。

2、本发明的方法通过化学沉积催化剂，再结合原位生长碳纳米纤维，各材料之间结合紧密，稳定性好。

3、本发明的方案，在生长碳纳米纤维过程中，通过对入射气流方向与基底法线之间的夹角的调控，能有效调控碳纳米纤维薄膜的厚度、密度和微孔结构等微观生长特征。

4、本发明方案制得的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构作为燃料电池的气体扩散层，能有效提高燃料电池的三相传输性能和电化学综合性能，并降低燃料电池的生成成本。

5、本发明的方法具有操作简单、成本低、高效、集成化、易规模化的特点。

附图说明

【图1】为本发明制备炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的工艺流程图；

【图2】为本发明制备炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的具体操作示意图；

【图3】为本发明实施例1中单表面沉积有硝酸镍的炭纤维纸的表面SEM图；

【图4】为本发明方案中在生长有碳纳米纤维过程中化学气相沉积室示意图；

【图5】是本发明实施例2中单表面沉积有硝酸镍的炭纤维纸经过高温分解反应和还原反应后的SEM图；

【图6】为本发明实施例3中炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的相关图谱，a～e依次为的宏观光学图、截面SEM图、表面SEM图、TEM图、以及HRTEM图；

【图7】是本发明实施例4中炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的宏观光学图；

【图8】是本发明实施例5中炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的HRTEM图；

【图9】是本发明实施例6中炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的HRTEM图。

【图10】是本发明实施例6中炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构组装单电池性能图。

具体实施方式

以下具体实施例旨在结合说明书附图对本发明内容作进一步说明，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

实施例1

步骤参见图2。

(a)吸水纸浸涂催化剂前驱体体溶液阶段：

将质量分数为10wt％的硝酸镍催化剂躯体水溶液超声分散5min后，将吸水纸展开浸泡于硝酸镍水溶液。浸泡3min后将吸水纸沿一端从溶液中以2cm/s的速度匀速提出，使吸水纸中充分吸收一层均匀的硝酸镍催化剂躯体溶液。

(b)炭纤维纸一侧粘附催化剂躯体溶液并烘干阶段：

随后将浸涂硝酸镍水溶液的吸水纸平铺在炭纤维纸表面，用玻璃棒将吸水纸沿炭纤维纸一端匀速滚压至另一端，沿不同方向重复8次以排出吸水纸与炭纤维纸间的气泡。随后将吸水纸沿炭纤维纸一端以2cm/s的速度从炭纤维纸表面匀速揭开，在炭纤维纸表面覆盖一层均匀的硝酸镍躯体水溶液。将一侧涂覆硝酸镍水溶液的炭纤维纸置于烘箱中，在80℃下烘干3h。烘干后炭纤维纸表面涂覆硝酸镍躯体的SEM照片见图3。从图3可知，炭纤维纸的碳纤维和树脂碳表面都覆盖了一层均匀的硝酸镍薄膜。

实施例2

反应装置参见图4。

(a)和(b)阶段的工艺参数同实施例1，(c)采用自制装置将炭纤维纸固定在化学气相沉积炉阶段按如下进行：

将烘干后的炭纤维纸用一根一端设计了夹具的细石墨杆件将其短边夹住并固定在化学气相沉积炉的反应室中央，以作为基底在有催化剂躯体溶液的一侧生长碳纳米纤维。通过准备一系列石墨杆件，允许炭纤维纸以不同的沉积角固定，从而考查沉积角对炭纤维纸表面传质过程和大面积碳纳米纤维生长特征的影响。在本实施例中设沉积角为0°。

(d)将催化剂躯体热还原阶段按如下进行：

将固定在反应室中的炭纤维纸的涂覆了硝酸镍躯体溶液的一侧面对入射气流方向，以消除气体在炭纤维纸内部扩散对碳纳米纤维生长的影响。碳纳米纤维的沉积过程中，先将反应室抽真空，再充满氮气至常压。氮气流量控制在4L/min，并在400℃焙烧2h将硝酸镍以分解成镍的氧化物。随后氮气流量调为2L/min，并通入氢气2L/min，在450℃保持2h，将镍的氧化物还原成单质镍。最后在氮气气氛下降至室温。

图5给出了硝酸镍热解还原成单质镍的SEM图。从图5得知，原来的硝酸镍薄膜变成了分散的单质镍纳米颗粒。这些镍催化剂纳米颗粒通过范德华力粘附在碳纤维和树脂碳表面，尺寸在几纳米到几百纳米之间，分散均匀且分布的密度较大。

实施例3

参见图6a～6e。

(a)、(b)和(c)阶段的工艺参数同实施例2，(d)将催化剂躯体热还原阶段并化学气相沉积碳纳米纤维阶段按如下进行：

将固定在反应室中的炭纤维纸的涂覆了硝酸镍躯体溶液的一侧面对入射气流方向，以消除气体在炭纤维纸内部扩散对碳纳米纤维生长的影响。碳纳米纤维的沉积过程中，先将反应室抽真空，再充满氮气至常压。氮气流量控制在4L/min，并在400℃焙烧2h将硝酸镍以分解成镍的氧化物。随后氮气流量调为2L/min，并通入氢气2L/min，在450℃保持2h，将镍的氧化物还原成单质镍。再关闭氢气，氮气流量保持3L/min，在700℃通入丙烯作为碳源气体生长碳纳米纤维，碳源气体流量为0.6L/min，生长时间为40min。最后沉积炉在氮气气氛下降至室温。

所获得的炭纤维纸一侧生长碳纳米纤维的光学图如图6a所示，炭纤维纸表面完全被黑色的碳纳米纤维所覆盖，显示了最好的宏观均匀性。其截面SEM图如图6b所示，碳纳米纤维完全覆盖在炭纤维纸表面而未生长至其内部，具有约25μm的一致的生长厚度，且生长密集，之间相互缠绕并形成纳米孔隙。其表面SEM图如图6c所示，碳纳米纤维的直径约40-120nm，长度达到十几微米，相互纠缠形成一个纳米孔隙的网络并将炭纤维纸中的纤维和大孔掩盖，整体的孔隙特征和纳米纤维分布都非常均匀，具有各向异性。碳纳米纤维的TEM如图6d所示，碳纳米纤维中的石墨微晶片段呈无规则堆垛，之间存在大量的纳米孔隙，纳米纤维边界面向外伸展，使得边界十分粗糙，存在大量的开孔。碳纳米纤维的HRTEM图如图6e所示，碳纳米纤维中相邻的两片石墨微晶的尺寸和晶面取向各不相同，石墨片层交错排列且具有不同的结构卷曲。

实施例4

参见图7。

(a)、(b)、(c)、(d)四个阶段的工艺参数与实施例3中的相同，但在本实施例中的(c)阶段，沉积角设为90°。所获得的炭纤维纸一侧生长碳纳米纤维的光学图如图7所示，仅炭纤维纸底部的小片区域生长黑色的碳纳米纤维。

实施例5

参加图8。

(a)、(b)、(c)、(d)四个阶段的工艺参数与实施例3中的相同，但在本实施例中的(d)阶段，丙烯碳源气体流量为0.4L/min。所获得的炭纤维纸一侧生长碳纳米纤维的HRTEM图如图8所示，此处得到的是板式碳纳米纤维，其内部的石墨片层相对于纳米纤维轴有规则地垂直排列，直径约在20到120nm之间。

实施例6

参加图9

(a)、(b)、(c)、(d)四个阶段的工艺参数与实施例3中的相同，但在本实施例中的(d)阶段，丙烯碳源气体流量为0.2L/min。所获得的炭纤维纸一侧生长碳纳米纤维的HRTEM图如图9所示，此处得到的是空心鱼骨状碳纳米纤维，其内部的石墨片层相对于纳米纤维轴有规则地倾斜排列，直径约在20到120nm之间。

将制备的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构组装单电池性，将炭纤维纸生长了碳纳米纤维的一侧安装于燃料电池的催化层一侧，将未生长碳纳米纤维的一侧安装于燃料电池双极板一侧。组装的电池性能如图10所示。

将预制的炭纸/碳纳米纤维分级多孔结构作为膜电极装置中的气体扩散层用于单质子交换膜燃料电池的性能测试，其中炭纸作为大孔层，均匀(α＝0°生长)的或非均匀(α＝45°生长)的碳纳米纤维薄膜作为微孔层。传统商业化炭黑(Vulcan XC-72,Cabot)/PTFE混合物作为微孔层与之进行对比。三种微孔层形成的膜电极装置的极化曲线如图10a所示。在0-200mA/cm²的小电流密度的激活极化区域，激活极化几乎完全归因于反应气体在Pt催化剂上发生的氢气氧化和氧气还原反应的动力学损失^[253]，因此这三种膜电极装置在该区域的极化曲线没有明显的差异。到了200-800mA/cm²的欧姆极化区域，膜电极装置的电阻成为限制电池性能的主要因素。碳纳米纤维因具有高比表面积和长径比，能够接触到催化层中更多的反应活性格点，从而在微孔层和催化层之间提供的更多导电通道，以降低之间的接触电阻，如图10b所示。碳纳米纤维在炭纸上的原位生长也使两者之间接触更紧密，从而降低了微孔层与大孔层之间的接触电阻。另外，碳纳米纤维作为微孔层未经PTFE处理，本身的导电性也比PTFE处理的炭黑微孔层要高。因此，在欧姆极化区，均匀的碳纳米纤维薄膜用于膜电极的放电性能比商业化Vulcan XC-72/PTFE混合物用于膜电极的更高(图10a)。然而，非均匀碳纳米纤维薄膜导致其与催化层和大孔层的接触格点不均匀，或在生长较少的区域使催化层与炭纸直接接触，不利于减小两两之间的接触电阻，因此非均匀碳纳米纤维薄膜没有使膜电极显示更高的极化性能。

Claims (10)

1.一种炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：

将吸水材料置于催化剂前驱体溶液中浸泡后，取出，获得吸附了催化剂前驱体溶液的吸水体；

步骤b：

将吸附了催化剂前驱体溶液的吸水体平铺在炭纤维纸的一表面，通过棒状物对吸水体进行滚压使催化剂前驱体溶液粘附于炭纤维纸表面且部分渗入炭纤维纸内部；揭开吸水体后，将炭纤维纸干燥，得到一表面及内部沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸；所述的炭纤维纸中催化剂前驱体沿炭纤维纸表面到内部形成一个质量含量由高到低的梯度分布。

步骤c：

将沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸作为基底固定在化学气相沉积炉的反应室中央，且将沉积有催化剂前驱体的表面面对化学气相沉积炉的入射气流方向；在反应室中先通入氮气，进行高温分解反应，再通入氮气和氢气混合气体，进行还原反应，进一步通入氮气和碳源气体混合气体，进行原位气相生长碳纳米纤维，得到炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中沿吸水体的一端将吸水体从催化剂前驱体溶液中以1～5cm/s的速度匀速提出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用棒状物置于吸水体表面沿吸水体一端匀速滚压至另一端，重复多次后，从吸水体一端将吸水体从炭纤维纸表面以1～5cm/s的速度匀速揭开。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行分解反应的条件为：氮气流量为2～8L/min，在250～450℃温度下反应1～4h；进行还原反应的条件为：在氮气流量为1～4L/min，氢气流量为1～4L/min，在300～500℃温度下反应1～4h；进行原位气相生长碳纳米纤维的条件为：氮气流量为1～4L/min，碳源气体流量为0.1～1.5L/min，在500～900℃温度下原位生长20～150min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳源气体为丙烯、乙烯、甲烷、天然气中的至少一种；所述的吸水材料为吸水纸、羊毛毡或植物纤维；所述的催化剂前驱体溶液为硝酸镍溶液、硝酸钴溶液或硝酸铁溶液。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸水材料置于浓度为2～20wt％的催化剂前驱体溶液中浸泡1～5min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在0°～90°范围内调节入射气流方向与沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸基底法线之间的夹角，控制碳纳米纤维在炭纤维纸上的生长特征。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，入射气流方向与沉积有催化剂前驱体的炭纤维纸基底法线之间的夹角可调节为0°、22.5°、45°、67.5°、90°。

9.权利要求1～8任一项所述制备方法制得的炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的应用，其特征在于，作为燃料电池的扩散层应用于制备燃料电池。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，炭纤维纸单面原位气相生长碳纳米纤维复合结构的具有碳纳米纤维薄膜的表面置于燃料电池催化层一侧，未生长碳纳米纤维一侧置于燃料电池双极板一侧。