CN111799475B - 异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法 - Google Patents

异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法。所述异型燃料电池气体扩散层包括依次层叠的碳纤维基材层和微孔层，所述碳纤维基材层的至少一侧具有连续且交替排布的凸部和凹部，使该侧面呈凸凹异型结构。本发明的异型燃料电池气体扩散层具有凸凹异型结构，使得气体扩散层与双极板装配时，可以通过扩散层的凸部与双极板的脊部接触而凹部与流道区域对应的方式，避免二者装配过程中气体扩散层压入到双极板的流道内而导致气体扩散性能和排水性能降低。同时，在二者装配的压缩过程凸部逐渐减薄至与凹部区域气体扩散层相同厚度，避免气体扩散层在脊和沟过渡区域受到剪切应力而破裂。

Description

异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，涉及一种异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法。
背景技术
气体扩散层是一种多孔碳基材料，位于燃料电池催化层与双极板之间，控制着燃料电池的质量传输、热量传输和电子传输。同时，它为催化层和膜在组装和运行过程提供机械保护和支撑。气体扩散层一般由碳纤维基材层和微孔层组成。目前，使用的气体扩散层均为厚度一致的平板结构，在燃料电池装配完成后，双极板脊部相对应区域的气体扩散层在压力的作用下发生减薄变形，导致与双极板流道区域相对应的气体扩散层被压入到流道内部(如图1所示)，减少流道区域内部空间，导致反应气体传输到催化层表面的阻力增大，燃料电池浓差过电势增加。由于气体流通性能较差导致燃料电池排水性能变差，易造成水淹现象。气体扩散层与双极板脊部的接触区域，易发生应力集中，导致气体扩散层破裂。另外，目前的气体扩散层与双极板装配之后，与双极板脊部接触的气体扩散层压缩后孔隙急剧减小，易形成“死区”，该区域气体流通性差，导致催化层表面反应气体浓度不均匀，影响电堆性能和寿命。
现有技术在气体扩散层的种类和结构上进行了多种改进，以提升气体扩散层应用于燃料电池的性能。如CN103427099B中公布的带有石墨薄片填充的阳极气体扩散层，通过调节阳极和阴极气体扩散层内的扩散阻力来调节燃料电池内部的水管理特性，该气体扩散层的碳纤维衬底直接与双极板接触，其与双极板的接触电阻较大，且该气体扩散层为平板结构，无法消除气体扩散层压入双极板流道问题。CN110190295A中的气体扩散层包括：导电多孔基材层、疏水低湿适应层和微孔低压适应层，并通过涂覆和热处理制备气体扩散层，该气体扩散层为平板结构，无法消除气体扩散层进入流道所造成的性能下降的问题。CN102082277A中利用高温烧结、闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术和涂覆技术制备了金属气体扩散层，该气体扩散层虽然使用了价格较低的不锈钢纤维作为原材料，但金属纤维有刺破膜的风险，同时也无法避免进入双极板流道内和出现挤压破损的风险。
上述文献公开的气体扩散层均为多层材料组合结构，且均为平面结构，在气体扩散层与双极板配合使用过程中，由于夹持压力的作用，不可避免的会使部分气体扩散层挤压到双极板介质流道内，造成介质传输阻力增大，排水性能减弱，催化层表面气体分布不均，甚至在流道脊和沟附近出现折损现象，严重影响燃料电池的性能和寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种异型燃料电池气体扩散层、制备方法、燃料电池及装配方法。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种异型燃料电池气体扩散层，尤其是一种异型燃料电池气体扩散层，所述异型燃料电池气体扩散层包括依次层叠的碳纤维基材层和微孔层，所述碳纤维基材层的至少一侧具有连续且交替排布的凸部和凹部，使该侧呈凸凹异型结构。
本发明的异型燃料电池气体扩散层具有凸凹交替的凸凹异型结构，使得气体扩散层与双极板装配时，可以通过扩散层的凸部与双极板的脊部接触而凹部与流道区域对应的方式，避免二者装配过程中气体扩散层压入到双极板的流道内而导致气体扩散性能和排水性能降低。同时，由于是气体扩散层的凸部与双极板脊部接触，在二者装配的压缩过程凸部逐渐减薄至与凹部区域气体扩散层相同厚度，避免气体扩散层在脊和沟过渡区域受到剪切应力而破裂。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，所述碳纤维基材层和微孔层的层叠面为平面或凸凹异型结构，优选为平面。
对于层叠面为平面的情况，对应碳纤维基材层只有一侧呈凸凹异型结构而另一侧为平面；对于层叠面为凸凹异型结构的情况，对应碳纤维基材层两侧均呈凸凹异型结构。
优选地，所述凸部距离碳纤维基材层另一侧的距离m为碳纤维基材层的厚度最大值，凹部距离碳纤维另一侧的距离n为碳纤维基材层的厚度最小值，n/m＝80％-90％，例如80％、82％、83％、85％、88％或90％等。
优选地，所述碳纤维基材层中，碳纤维的直径为7μm～9μm，例如7μm、7.2μm、7.5μm、8μm、8.3μm、8.6μm或9μm等。
优选地，所述碳纤维基材层中还包括强度支撑材料。本发明在碳纤维基材层内增加强度支撑材料，可以提高气体扩散层的强度和耐压能力，避免气体扩散层与双极板装配后孔隙急剧减小而导致气体传输性能下降，避免“死区”的形成。
优选地，所述支撑材料包括碳纳米管和/或金属纤维。
本发明对支撑材料的添加量不作具体限定，本领域技术人员可以根据对强度、耐压能力的需求以及制备工艺进行选择。优选所述支撑材料的添加量为碳纤维质量的5wt％-20wt％，例如5wt％、7wt％、8wt％、10wt％、12.5wt％、15wt％、16wt％、18wt％或20wt％等。优选地，所述碳纤维基材层的厚度最大值为100μm～300μm，例如100μm、120μm、140μm、150μm、175μm、200μm、220μm、240μm、265μm、280μm或300μm等。
优选地，所述碳纤维基材层中，孔的直径在10μm～100μm范围内，例如10μm～20μm范围内，10μm～50μm范围内，20μm～60μm范围内，30μm～80μm范围内，50μm～100μm范围内，30μm～100μm范围内等。
优选地，所述微孔层包括碳材料和疏水材料，所述碳材料包括碳粉和/或石墨粉。
优选地，所述疏水材料包括聚四氟乙烯、改性聚硅氧烷树脂、含氨基的聚硅氧烷和丙烯酸树脂中的至少一种，但并不限于上述列举的疏水材料，其他本领域常用的可达到相同效果的疏水材料也可用于本发明。
优选地，所述微孔层的厚度为10μm～100μm，例如10μm、20μm、30μm、45μm、50μm、60μm、80μm或100μm等。
优选地，所述微孔层中，孔的直径在15nm～200nm范围内，例如15nm～50nm范围内，20nm～50nm范围内，30nm～80nm范围内，15nm～100nm范围内，50nm～60nm范围内，50nm～150nm范围内，30nm～200nm范围内，60nm～100nm范围内，150nm～200nm范围内等。
本发明的异型燃料电池气体扩散层中，微孔层位于碳纤维基材层的表面，用于与催化剂层直接接触，可以降低气体扩散层与双极板的接触电阻；碳纤维基材层作为气体扩散层的基底层，用于与双极板直接接触，是燃料电池质量传输、热量传输和电子传输的桥梁。
本发明的碳纤维基材层可以通过聚合物粘结剂将脆性碳纤维随机和水平堆叠而成。
优选地，所述异型燃料电池气体扩散层的厚度为120μm～400μm，例如120μm、140μm、150μm、160μm、180μm、200μm、230μm、260μm、285μm、300μm、350μm、375μm、400μm等。气体扩散层的厚度为一侧表面到另一侧表面垂直距离的最大值。
优选地，所述异型燃料电池气体扩散层的孔隙率大于60％，例如63％、65％、68％、70％或75％等；体电阻小于10mΩ·cm2，例如9mΩ·cm2、8mΩ·cm2、7mΩ·cm2、6mΩ·cm2或5mΩ·cm2等；接触角120°～160°，例如120°、130°、140°、150°或160°等。
第二方面，本发明提供如第一方面所述的异型燃料电池气体扩散层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)采用包含碳纤维、粘结剂和溶剂的原浆，利用造纸技术制成碳纤维板；
(2)对步骤(1)所得碳纤维板进行浸渍处理，所述浸渍处理采用的浸渍液包括热固性树脂和碳粉；
(3)对步骤(2)浸渍后的碳纤维板进行热压固化处理，制备出凸凹异型结构；
(4)对步骤(3)所得具有凸凹异型结构的碳纤维板进行碳化处理，得到碳纤维基材层；
(5)在步骤(4)所得碳纤维基材层上形成微孔层，得到异型燃料电池气体扩散层。
本发明的方法中，步骤(3)热压固化处理后的碳纤维板的孔隙率需满足碳纤维基材层的需求。
本发明的方法中，步骤(4)的目的是使碳纤维板具有石墨类特性。
本发明的方法通过将碳纤维基材层设计成凸凹不平的异型结构，其中凹部是在步骤(3)热压固化时制备而成，凸部在后期装配时减薄到与凹部一致厚度。
作为本发明所述方法的优选技术方案，步骤(1)所述原浆中还包括支撑材料。
优选地，步骤(3)热压固化处理采用的热压模具的凸膜的结构应与双极板流道结构一致，利用模具对碳纤维板进行热压，保证碳纤维基材层的凸部与双极板的脊部完全对应，凹部与双极板的流道部分完全对应。优选热压固化使碳纤维板在与双极板流道对应区域压缩减薄10％～20％。
优选地，步骤(3)热压固化的工作温度为80℃～120℃，例如80℃、90℃、95℃、100℃、115℃或120℃等。
优选地，步骤(3)热压固化的保压固化时间为5min～10min，例如5min、6min、8min或10min等。
本发明还示例性地提供了热压固化处理所用的设备和模具(如图4所示)，包括压力机和加热炉，其中压力机的上滑块提供驱动力，下底板为模具提供支撑和操作空间。加热炉通过加热线圈对炉内部件加热，提供热压所需的工作温度。经过步骤(3)浸渍后的碳纤维板放到下模具上，上模具缓慢向下运动合模，并进行保压固化。热压固化处理合模示意图参见图5。
优选地，步骤(4)所述碳化处理的温度为1000℃～1200℃，例如1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃等。
优选地，所述方法还包括在步骤(4)之后步骤(5)之前对碳纤维基材层进行疏水处理的步骤。例如将碳纤维基材层通过PTFE浸渍疏水处理。
优选地，步骤(5)形成微孔层的方式包括：采用包含碳材料、疏水材料和溶剂的微孔层浆料，利用刮涂、超声喷涂、丝网印刷、浸渍和转印、化学气相沉积和物理气相沉积中的至少一种方式，在碳纤维基材层上形成微孔层。
优选地，所述方法还包括在步骤(5)之后进行热处理的步骤，所述热处理的工作温度为200℃～300℃，例如200℃、225℃、260℃、280℃或300℃等；工作时间为30min～40min，例如30min、33min、35min或40min等。通过热处理可以有效去除微孔层内剩余的溶剂(例如水分)。
优选地，所述方法还包括在热处理之后进行烧结的步骤，所述烧结的工作温度为300℃～400℃，例如300℃、330℃、350℃、380℃或400℃等，工作时间为30min～60min，例如30min、40min、45min、50min或60min等。通过烧结处理确保疏水剂均匀分布在微孔层内，完成最终的气体扩散层制备。
第三方面，本发明提供一种燃料电池，所述燃料电池包括第一方面所述的异型燃料电池气体扩散层以及双极板，所述双极板包括至少两个间隔布置的凸出的脊部，相邻的两个脊部之间形成凹槽型的流道，所述碳纤维基材层的凸凹异型结构与所述双极板相接，且所述凸部与所述脊部相对应。
本发明的燃料电池包括催化剂层等常规组件以实现其性能，其属于现有技术，本领域技术人员可以参照现有技术公开的内容进行制备，例如将微孔层与催化剂层直接接触，此处不再对各组件及其连接关系进行赘述。
优选地，所述凸部与脊部完全对应，所述凹部与流道完全对应。
第四方面，本发明提供如第三方面所述的燃料电池的装配方法，所述装配过程中包括将第一方面所述异型燃料电池气体扩散层的凸部与双极板的脊部接触，在装配压力的作用下，凸部减薄，实现气体扩散层和双极板的装配。
一般在装配过程中，需要使用装配夹具或定位装置，保证异型燃料电池气体扩散层的凸部与双极板的脊部接触(如图7所示气体扩散层与双极板装配示意图)，在装配压力的作用下，凸部减薄，优选减薄至与凹部的气体扩散层相同厚度(如图8所示压缩后的气体扩散层与双极板装配示意图)。该种装配形式的气体扩散层避免了与流道区域对应的气体扩散层被压入到流道内部，增大了燃料电池气体扩散性能和排水性能。
优选地，所述装配压力为1MPa～2MPa，例如1MPa、1.2MPa、1.4MPa、1.5MPa、1.8MPa或2MPa等。
优选地，所述凸部减薄至与凹部的气体扩散层相同厚度。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的异型燃料电池气体扩散层具有凸凹交替的凸凹异型结构，使得气体扩散层与双极板装配时，可以通过扩散层的凸部与双极板的脊部接触而凹部与流道区域对应的方式，避免二者装配过程中气体扩散层压入到双极板的流道内而导致气体扩散性能和排水性能降低。同时，由于是气体扩散层的凸部与双极板脊部接触，在二者装配的压缩过程凸部逐渐减薄至与凹部区域气体扩散层相同厚度，避免气体扩散层在脊和沟过渡区域受到剪切应力而破裂。
附图说明
图1为现有技术气体扩散层与双极板装配示意图，其中，1-气体扩散层，2-双极板脊部，3-双极板，4-气体流道；
图2为本发明气体扩散层结构示意图，其中，5-微孔层，6-碳纤维基层；
图3碳纤维基层制备工艺流程图；
图4热压固化处理设备和模具示意图，其中，7-上滑块，8-加热炉，9-加热线圈，10-上模具，11-碳纤维板，12-下模具，13下底板；
图5热压固化处理合模示意图，其中，6-碳纤维基层，7-上滑块，8-加热炉，9-加热线圈，10-上模具，12-下模具，13下底板；
图6微孔层制备工艺流程图；
图7气体扩散层与双极板装配示意图，其中，2-双极板脊部，3-双极板，4-气体流道，5-微孔层，6-碳纤维基层，14-异型气体扩散层；
图8压缩后的气体扩散层与双极板装配示意图，2-双极板脊部，3-双极板，4-气体流道，5-微孔层，6-碳纤维基层，15-平面气体扩散层。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种异型燃料电池气体扩散层(结构示意图参见图2)及其制备方法。
本实施例所述异型燃料电池气体扩散层包括依次层叠的碳纤维基材层和微孔层，所述碳纤维基材层的一侧具有连续且交替排布的凸部和凹部，使该侧面呈凸凹异型结构；所述凸部距离碳纤维基材层另一侧的距离m为碳纤维基材层的厚度最大值，凹部距离碳纤维另一侧的距离n为碳纤维基材层的厚度最小值，n/m＝90％，碳纤维基材层的厚度最大值为200μm，所述微孔层的厚度为30μm。气体扩散层的孔隙率为70％，体电阻为6mΩcm2，接触角为140°
本实施例所述制备方法包括以下步骤：
制备碳纤维基材层，所述碳纤维基材层中包含强支撑材料
碳纤维基层制备工艺流程图参见图3。
1.利用搅拌器将碳纤维(直径为7.5μm)、粘结剂、水和强度支撑材料混合搅拌制备碳纤维原浆液，强支撑材料为碳纳米管，碳纳米管的质量为碳纤维质量的10wt％；
2.利用造纸技术将碳纤维原浆制备成碳纤维板；
3.对碳纤维板进行浸渍处理，所用的浸渍液为可碳化热固性树脂和碳粉的悬浮液，可碳化热固性树脂为三聚氰胺甲醛树脂，可碳化热固性树脂质量比为20wt％和碳粉的质量比为30wt％；
4.将浸渍后的碳纤维板进行热压固化处理，制备出凸凹异型结构，使用的热压模具的凸模的结构应与双极板流道结构一致，利用模具对碳纤维板进行热压，使与双极板流道对应区域碳纤维板压缩减薄10％，工作温度为100℃，经过热压固化处理后的碳纤维板的孔隙率需满足碳纤维基层的需求；
5.对固化后的碳纤维板进行碳化处理，使碳纤维板具有石墨类特性，碳化温度为1100℃。
6.将碳纤维板进行疏水处理，通过PTFE浸渍疏水处理后完成碳纤维基材的制备。
在碳纤维基材层上制备微孔层
微孔层制备工艺流程图参见图6。
1.利用搅拌器将碳材料、疏水剂、水混合搅拌制备微孔层浆料，碳材料为石墨粉，疏水剂为聚四氟乙烯，石墨粉的质量比为30wt％，疏水材料的质量比为20wt％；
2.将微孔层浆料沉积到碳纤维基层，沉积的方法为刮涂；
3.对沉积好的微孔层进行热处理，工作温度为200℃，工作时间为30min，去除微孔层内剩余的水分；
4.对干燥好的气体扩散层进行烧结处理，烧结温度为400℃，工作时间为60min，确保疏水剂均匀分布在微孔层内，完成最终的气体扩散层制备。
本实施例还提供了一种燃料电池及其装配方法，所述燃料电池包括本实施例所述的异型燃料电池气体扩散层以及双极板，所述双极板包括至少两个间隔布置的凸出的脊部，相邻的两个脊部之间形成凹槽型的流道，所述碳纤维基材层的凸凹异型结构与所述双极板相接，且所述凸部与脊部完全对应，所述凹部与流道完全对应。
所述装配方法包括：将本实施例所述异型燃料电池气体扩散层的凸部与双极板的脊部接触，在1MPa的装配压力的作用下，凸部减薄与凹部的气体扩散层相同厚度，实现气体扩散层和双极板的装配。燃料电池其他部件的装配为现有技术，此处不再赘述。
实施例2
本实施例提供一种异型燃料电池气体扩散层(结构示意图参见图2)及其制备方法。
本实施例所述异型燃料电池气体扩散层包括依次层叠的碳纤维基材层和微孔层，所述碳纤维基材层的一侧具有连续且交替排布的凸部和凹部，使该侧面呈凸凹异型结构；所述凸部距离碳纤维基材层另一侧的距离m为碳纤维基材层的厚度最大值，凹部距离碳纤维另一侧的距离n为碳纤维基材层的厚度最小值，n/m＝80％，碳纤维基材层的厚度最大值为150μm，所述微孔层的厚度为100μm。气体扩散层的孔隙率为75％，体电阻为4.5mΩcm2，接触角为145°。
本实施例所述制备方法包括以下步骤：
制备碳纤维基材层，所述碳纤维基材层中包含强支撑材料
碳纤维基层制备工艺流程图参见图3。
1.利用搅拌器将碳纤维(直径为7.5μm)、粘结剂、水和强度支撑材料混合搅拌制备碳纤维原浆液，强支撑材料为铜纤维，铜纤维的质量为碳纤维质量的8wt％；
2.利用造纸技术将碳纤维原浆制备成碳纤维板；
3.对碳纤维板进行浸渍处理，所用的浸渍液为可碳化热固性树脂和碳粉的悬浮液，可碳化热固性树脂为环氧树脂，可碳化热固性树脂质量比为15wt％和碳粉的质量比为质量比为35wt％；
4.将浸渍后的碳纤维板进行热压固化处理，制备出凸凹异型结构，使用的热压模具的凸模的结构应与双极板流道结构一致，利用模具对碳纤维板进行热压，使与双极板流道对应区域碳纤维板压缩减薄20％，工作温度为90℃，经过热压固化处理后的碳纤维板的孔隙率需满足碳纤维基层的需求；
5.对固化后的碳纤维板进行碳化处理，使碳纤维板具有石墨类特性，碳化温度为1050℃。
6.将碳纤维板进行疏水处理，通过PTFE浸渍疏水处理后完成碳纤维基材的制备。
在碳纤维基材层上制备微孔层
微孔层制备工艺流程图参见图6。
1.利用搅拌器将碳材料、疏水剂、水混合搅拌制备微孔层浆料，碳材料为碳粉，疏水剂为聚四氟乙烯，碳粉和的质量比为25wt％，疏水材料的质量比为25wt％；
2.将微孔层浆料沉积到碳纤维基层，沉积的方法为刮涂；
3.对沉积好的微孔层进行热处理，工作温度为240℃，工作时间为35min，去除微孔层内剩余的水分；
4.对干燥好的气体扩散层进行烧结处理，烧结温度为350℃，工作时间为45min，确保疏水剂均匀分布在微孔层内，完成最终的气体扩散层制备。
本实施例还提供了一种燃料电池及其装配方法，所述燃料电池包括本实施例所述的异型燃料电池气体扩散层以及双极板，所述双极板包括至少两个间隔布置的凸出的脊部，相邻的两个脊部之间形成凹槽型的流道，所述碳纤维基材层的凸凹异型结构与所述双极板相接，且所述凸部与脊部完全对应，所述凹部与流道完全对应。
所述装配方法包括：将本实施例所述异型燃料电池气体扩散层的凸部与双极板的脊部接触，在2MPa的装配压力的作用下，凸部减薄与凹部的气体扩散层相同厚度，实现气体扩散层和双极板的装配。燃料电池其他部件的装配为现有技术，此处不再赘述。
实施例3
与实施例1的区别在于，气体扩散层中n/m＝60％，制备方法步骤4减薄40％。
本对比例气体扩散层压缩量过大，使气体扩散层与双极板完成电堆装配后其内部孔隙较小，电堆在大电流条件下气体传输性能和排水性能降低，易产生水淹问题，导致电堆性能下降。
实施例4
与实施例1的区别在于，气体扩散层中n/m＝95％，制备方法步骤4减薄5％。
本对比例气体扩散的压缩量较小，使气体扩散层与双极板完成电堆装配后电堆内部接触电阻较大，电堆欧姆损失过高，导致电堆性能下降。
实施例5
与实施例1的区别在于，碳纤维基材层中不包含强度支撑材料，制备方法步骤1制备原浆时未加入强度支撑材料。
本对比例气体扩散层由于未加入强度支撑材料，其强度会较低，在异型气体扩散层制备和电堆装配过程中气体扩散层会经过两次压缩，易出现破损。同时，在电堆长时间运行的复杂环境条件下，气体扩散层会反复遇到气体冲击，未添加强度支撑材料的气体扩散层寿命较低。
实施例6
与实施例1的区别在于，制备微孔层时未进行步骤4。
本对比例气体扩散层由于未进行烧结处理，微孔层内的疏水剂易出现团聚现象，造成微孔层各区域的疏水性能存在严重差异，导致膜电极各区域电性能不均匀，影响膜电极寿命。
对比例1
与实施例1的区别在于，制备碳纤维基材层时未进行步骤3和步骤4，由此导致碳纤维基材层为平板结构。
本对比例由于气体扩散层为平面结构，在气体扩散层与双极板配合使用过程中，由于夹持压力的作用，不可避免的会使部分气体扩散层挤压到双极板介质流道内，造成介质传输阻力增大，排水性能减弱，催化层表面气体分布不均，甚至在流道脊和沟附件出现折损现象。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (21)

1.一种燃料电池的装配方法，其特征在于，所述燃料电池包括异型燃料电池气体扩散层以及双极板，所述双极板包括至少两个间隔布置的凸出的脊部，相邻的两个脊部之间形成凹槽型的流道，所述异型燃料电池气体扩散层包括依次层叠的碳纤维基材层和微孔层；所述碳纤维基材层的至少一侧具有连续且交替排布的凸部和凹部，使该侧面呈凸凹异型结构；所述碳纤维基材层的凸凹异型结构与所述双极板相接，所述凸部与脊部完全对应，所述凹部与流道完全对应；
装配过程中包括将异型燃料电池气体扩散层的凸部与双极板的脊部接触，在装配压力的作用下，凸部减薄，实现气体扩散层和双极板的装配，所述凸部减薄至与凹部的气体扩散层相同厚度；
所述碳纤维基材层中，碳纤维的直径为7μm~9μm，所述碳纤维基材层中还包括强度支撑材料，所述支撑材料包括碳纳米管和/或金属纤维；所述凸部距离碳纤维基材层另一侧的距离m为碳纤维基材层的厚度最大值，凹部距离碳纤维另一侧的距离n为碳纤维基材层的厚度最小值，n/m=80%-90%。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述碳纤维基材层和微孔层的层叠面为平面或凸凹异型结构。
3.根据权利要求2所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述碳纤维基材层和微孔层的层叠面为平面。
4.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述支撑材料的添加量为碳纤维质量的5wt%-20wt%。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述碳纤维基材层的厚度最大值为100μm~300μm。
6.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述碳纤维基材层中，孔的直径在10μm~100μm范围内。
7.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述微孔层包括碳材料和疏水材料，所述碳材料包括碳粉和/或石墨粉。
8.根据权利要求7所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述疏水材料包括聚四氟乙烯、改性聚硅氧烷树脂、含氨基的聚硅氧烷和丙烯酸树脂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述微孔层的厚度为10μm~100μm。
10.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述微孔层中，孔的直径在15nm~200nm范围内。
11.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述异型燃料电池气体扩散层的厚度为120μm~400μm。
12.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述异型燃料电池气体扩散层的孔隙率大于60%，体电阻小于10mΩ·cm2，接触角120°~160°。
13.如权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，异型燃料电池气体扩散层通过下述方法制备得到，所述方法包括以下步骤：
（1）采用包含碳纤维、粘结剂和溶剂的原浆，利用造纸技术制成碳纤维板；
所述原浆中还包括支撑材料；
（2）对步骤（1）所得碳纤维板进行浸渍处理，所述浸渍处理采用的浸渍液包括热固性树脂和碳粉；
（3）对步骤（2）浸渍后的碳纤维板进行热压固化处理，制备出凸凹异型结构；
（4）对步骤（3）所得具有凸凹异型结构的碳纤维板进行碳化处理，得到碳纤维基材层；
（5）在步骤（4）所得碳纤维基材层上形成微孔层，得到异型燃料电池气体扩散层。
14.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，步骤（3）热压固化的工作温度为80℃~120℃。
15.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，步骤（3）热压固化的保压固化时间为5min~10min。
16.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，步骤（4）所述碳化处理的温度为1000℃~1200℃。
17.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤（4）之后步骤（5）之前对碳纤维基材层进行疏水处理的步骤。
18.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，步骤（5）形成微孔层的方式包括：采用包含碳材料、疏水材料和溶剂的微孔层浆料，利用刮涂、超声喷涂、丝网印刷、浸渍和转印、化学气相沉积和物理气相沉积中的至少一种方式，在碳纤维基材层上形成微孔层。
19.根据权利要求13所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤（5）之后进行热处理的步骤，所述热处理的工作温度为200℃~300℃，工作时间为30min~40min。
20.根据权利要求19所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述方法还包括在热处理之后进行烧结的步骤，所述烧结的工作温度为300℃~400℃，工作时间为30min~60min。
21.根据权利要求1所述的燃料电池的装配方法，其特征在于，所述装配压力为1MPa~2MPa。
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