CN112952114B - 一种气体扩散层及其制备方法和应用 - Google Patents

一种气体扩散层及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气体扩散层及其制备方法和应用。该气体扩散层包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；第一微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；第二微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；第二微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；第一微孔层中SiO2占第一微孔层的质量百分比低于第二微孔层中SiO2占第二微孔层的质量百分比。本发明可确保大电流密度下扩散层的疏水特性，水气传输性能好，优化燃料电池性能。

Description

一种气体扩散层及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种气体扩散层及其制备方法和应用。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种将氢气和空气/氧气的化学能直接转化成电能的装置，膜电极是其中的核心部件，由两侧涂覆催化层的质子交换膜和气体扩散层组成，其中气体扩散层具有传导电子、气体燃料扩散管理和电池水管理等作用，在燃料电池运行过程中，水管理的平衡很重要，既需要足够的水分保持质子膜润湿，也要避免水分积聚阻碍气体传输，尤其是在大电流密度下，反应产生大量的液态水需要及时排出，同时在不同的工作状况下快速切换时，需要扩散层能够具备较好的水调节能力，满足不同的工作状况。
气体扩散层通常由基底层和微孔层组成，其中基底层通常由碳纤维各向异性堆叠组成，经过疏水处理后，一侧涂覆微孔层，微孔层由碳基粉末和憎水剂混合而成，直接与催化层接触。目前传统的气体扩散层的制备工艺和配方很少关注其对纵向化性能梯度的要求，例如专利CN101156733A、CN109301263A、CN110380063A等，通常是整个气体扩散层都表现出大体一致的性质(例如疏水性质)，没有考虑到燃料电池工作过程中微孔层内/外对材料性质的不同要求，难以在大电流放电下实现水、气的快速传输。
专利CN111009666A公开了一种双层微孔层式气体扩散层制备方法，其为了提高水气的输送能力，通过在其中一层微孔层的原料中添加造孔剂来实现微孔层的孔径的梯度变化，以实现燃料电池的水管理能力。然而，现有技术中仍缺少根据膜电极的实际工作情况设计得到内外层性能不同、导电性好且水气传输性能好的气体扩散层，需要扩展新的方法得到内外层性能不同、导电性好且水气传输性能好的新型的气体扩散层。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中少有基于膜电极的实际工作情况设计得到内外层性能不同、导电性好且水气传输性能好的气体扩散层，而提供了一种气体扩散层及其制备方法和应用。本发明通过构筑一种新型的疏水性梯度变化的燃料电池气体扩散层，确保大电流密度下扩散层的疏水特性，水气传输性能好，优化燃料电池性能。
本发明通过下述技术方案来解决上述技术问题。
本发明提供了一种气体扩散层，其包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；
所述第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第一微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第二微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一微孔层中SiO2占所述第一微孔层的质量百分比低于所述第二微孔层中SiO2占所述第二微孔层的质量百分比。
本发明中，本领域技术人员知晓，“还原氧化石墨烯”是指将氧化石墨烯还原后得到的产物。
本发明中，较佳地，所述第一微孔层的孔隙率和所述第二微孔层的孔隙率相等或相近。其中，所述第一微孔层的孔隙率和所述第二微孔层的孔隙率相近是指两者的孔隙率之间的差值百分比为0.5～5％。
本发明中，较佳地，所述第一微孔层中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料和所述第二微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料成分相同。
本发明还提供了一种气体扩散层的制备方法，其步骤包括：
S1.在基底层上形成第二微孔层；所述第二微孔层的原料为第二浆料；
S2.在所述第二微孔层上形成第一微孔层后进行热处理，即可；所述第一微孔层的原料为第一浆料；
所述第一浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第一浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一浆料中SiO2占所述第一浆料的质量百分比低于所述第二浆料中SiO2占所述第二浆料的质量百分比。
本发明中，较佳地，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料和所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料成分相同。
S1中，“在基底层上形成第二微孔层”的操作和条件可为本领域常规，一般为将所述第二浆料喷涂或刷涂于所述基底层上。
S1中，较佳地，所述第二浆料为将SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水混合均匀得到。
其中，较佳地，所述第二浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第二浆料的质量百分比为0.02～0.35％，例如为0.15％。
其中，较佳地，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：在氢气和氩气的混合气氛中，将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物进行还原，所述还原的温度为50～200℃。较佳地，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为5-15％，例如为10％。较佳地，所述还原在管式炉中进行，所述还原的时间为1～2h，所述还原的升温速率为5℃/min。
或者，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物于90-95℃的水浴中反应1～3h。
较佳地，所述第二浆料中的SiO2微球是通过将硅源、水、氨水和乙醇的混合物混匀制得。
更佳地，所述硅源为正硅酸四乙酯。
更佳地，所述水和氨水的体积比为(0.5～3)：1，例如为2:1。
更佳地，所述氨水的浓度为28％。
更佳地，所述硅源：水：氨水：乙醇的比例为1g：20mL：10mL：(10～30)mL。
更佳地，所述混匀在室温下进行；所述混匀的时间为4h；所述混匀的转速为400rpm。
更佳地，所述混匀后离心、洗涤和干燥后，得到所述SiO2微球。所述离心的转速较佳地为10000rpm；所述离心的时间较佳地为10min。所述洗涤较佳地采用乙醇进行；所述洗涤的次数较佳地为3～4次。所述干燥较佳地为真空干燥；所述干燥的时间较佳地为6h。
较佳地，所述SiO2微球和氧化石墨烯的混合物是通过将所述SiO2微球与所述氧化石墨烯在水中分散后冷冻干燥制得。
更佳地，所述分散采用超声分散；所述分散的时间为4h。
较佳地，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为20～40％。
其中，较佳地，所述第二浆料中，碳粉占所述第二浆料的质量百分比为1～4％，例如为1.94％。
其中，较佳地，所述第二浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为0.5～2.5％，例如为1.5～2％，聚四氟乙烯乳液占所述第二浆料的质量百分比为0.5～2.5％，例如为0.97％。
其中，较佳地，所述第二浆料中，异丙醇占所述第二浆料的质量百分比为40～52％，例如为48.5％。
其中，较佳地，所述第二浆料中，水占所述第二浆料的质量百分比为40～52％，例如为48.5％。
其中，较佳地，所述第二浆料的混合过程中，搅拌时间为3～10min，例如为5min，搅拌转速为200～500r/min，例如为400r/min。
S1中，所述基底层可为本领域常规。较佳地，所述基底层为经疏水处理的碳纸。
其中，较佳地，所述基底层由聚四氟乙烯乳液刷涂碳纸两侧后加热制得。
较佳地，所述基底层由质量百分浓度为1～5％，例如为2％的聚四氟乙烯乳液刷涂碳纸两侧。
较佳地，所述加热的温度为350～400℃，例如为350℃。
较佳地，所述加热的时间为15～45min，例如为20min。
S2中，“在所述第二微孔层上形成第一微孔层”的操作和条件可为本领域常规，一般为将所述第一浆料喷涂或刷涂于所述第二微孔层上。本领域技术人员在理解本发明的技术方案后知晓，“在所述第二微孔层上形成第一微孔层”一般是在所述第二浆料于所述基底层上完全干燥后进行。
S2中，较佳地，所述第一浆料为将SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水混合均匀得到。
其中，较佳地，所述第一浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第一浆料的质量百分比为0.02～0.25％，例如为0.05％。
其中，较佳地，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：在氢气和氩气的混合气氛中，将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物进行还原，所述还原的温度为50～200℃。较佳地，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为5-15％，例如为10％。较佳地，所述还原在管式炉中进行，所述还原的时间为1～2h，所述还原的升温速率为5℃/min。
或者，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物于90-95℃的水浴中反应1～3h。
较佳地，所述第一浆料中的SiO2微球是通过将硅源、水、氨水和乙醇的混合物混匀制得。
更佳地，所述硅源为正硅酸四乙酯。
更佳地，所述水和氨水的体积比为(0.5～3)：1，例如为2:1。
更佳地，所述氨水的浓度为28％。
更佳地，所述硅源：水：氨水：乙醇的比例为1g：20mL：10mL：(10～30)mL。
更佳地，所述混匀在室温下进行；所述混匀的时间为4h；所述混匀的转速为400rpm。
更佳地，所述混匀后离心、洗涤和干燥后，得到所述SiO2微球。所述离心的转速较佳地为10000rpm；所述离心的时间较佳地为10min。所述洗涤较佳地采用乙醇进行；所述洗涤的次数较佳地为3～4次。所述干燥较佳地为真空干燥；所述干燥的时间较佳地为6h。
较佳地，所述SiO2微球和氧化石墨烯的混合物是通过将所述SiO2微球与所述氧化石墨烯在水中分散后冷冻干燥制得。
更佳地，所述分散采用超声分散；所述分散的时间为4h。
较佳地，所述第一浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为20～40％。
其中，较佳地，所述第一浆料中，碳粉占所述第一浆料的质量百分比为1～5％，例如为1.94％。
其中，较佳地，所述第一浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为0.5～2.5％，例如为1.5～2％，聚四氟乙烯乳液占所述第一浆料的质量百分比为0.5～3％，例如为0.97％。
其中，较佳地，所述第一浆料中，异丙醇占所述第一浆料的质量百分比为40～55％，例如为48.5％。
其中，较佳地，所述第一浆料中，水占所述第一浆料的质量百分比为40～55％，例如为48.5％。
其中，较佳地，所述第一浆料的混合过程中，搅拌时间为3～10min，例如为5min，搅拌转速为200～500r/min，例如为400r/min。
S2中，所述热处理分为两个阶段，120℃下热处理60min后，在350℃下热处理30min。
S1或S2中，较佳地，所述第一浆料和所述第二浆料中不包含聚乙烯醇、交联剂或造孔剂。
本发明还提供了一种如前所述的气体扩散层的制备方法制得的气体扩散层。
本发明还提供了一种如前所述的气体扩散层在质子交换膜燃料电池中的应用。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过构筑一种疏水性梯度变化的燃料电池气体扩散层，通过SiO2和还原氧化石墨烯的配合，使得靠近催化层一侧能够保证三相反应界面区域水分的充足，提高质子交换膜和催化层内质子传输能力；且使得靠近基底层的一侧实现燃料电池水、气传输速率的提升，降低传质极化。本发明提升了大电流密度下扩散层的疏水特性，水气传输性能好，优化燃料电池性能。
本发明一优选实施方式中，可在大幅降低聚四氟乙烯添加量的情况下依然确保大电流密度下扩散层的疏水特性，以防水淹现象。既可以降低因聚四氟乙烯的不当添加造成对孔道的堵塞问题，也可以避免因加入聚四氟乙烯分子所造成的电子传递问题。
附图说明
图1为实施例1的气体扩散层的结构示意图。
图2为实施例1和对比例1的极化曲线性能对比图。
附图标记说明
基底层 1
第二微孔层 2
第一微孔层 3
催化层 4
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
以下各实施例和对比例中，采用FC 5100Fuel Cell Testing System(CHINO Co.,Ltd,Japan)进行电池伏安曲线的测试。测试条件为：电池的运行温度为60℃，阴阳极加湿温度均为70℃，使用恒电流模式测试，每个电流密度下稳定15min后进行测试。
实施例1
(1)取1g的正硅酸乙酯溶液置于100mL烧杯中，加入20mL去离子水，10mL的氨水(质量分数28％)和10mL乙醇溶液，在室温下在磁力搅拌器中进行搅拌，搅拌速率设置为400rpm。搅拌4小时后得到白色胶体悬浮液，利用离心机10000rpm转速离心10分钟，随后用乙醇洗涤3-4次，真空烘箱干燥6小时，得SiO2微球。随后，取20mg上述SiO2微球，与80mg氧化石墨烯混合，并加入100mL去离子水，超声分散4小时后，冷冻干燥，得SiO2/氧化石墨烯粉末。
(2)将上述SiO2/氧化石墨烯粉末置于管式炉中，在氢气-氩气(10％H2)混合气的保护下进行程序升温，升温速率5℃/min，升温至200℃，保温1小时，随后自然冷却至室温，取出粉末，得到SiO2/还原氧化石墨烯复合材料。其中，SiO2占SiO2/还原氧化石墨烯复合材料质量分数约20wt％。
(3)将碳纸进行疏水处理，用聚四氟乙烯乳液(质量百分浓度为1～5％)刷涂碳纸两侧，然后在350℃下加热20min，制得基底层。
(4)取400mg碳粉加入200mg聚四氟乙烯乳液和10g异丙醇以及10g超纯水配置成两份浆液，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为1.5％。
随后分别向浆液中分别加入10mg、30mg的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料，进行机械搅拌3～10min，转速200～500r/min，配置成微孔层第一浆料和第二浆料。
(5)将第二浆料涂覆在碳纸基底上，待干燥后形成第二微孔层，将第一浆料继续涂覆其上，形成第一微孔层，在120℃下加热60min，在350℃下加热30min，即可得到梯度化气体扩散层，如图1所示。
将该扩散电极与CCM电极组装成电池，进行常规极化曲线测试，记录电流-电压变化。
实施例2
(1)取1g的正硅酸乙酯溶液置于100mL烧杯中，加入20mL去离子水，10mL的氨水(质量分数28％)和10mL乙醇溶液，在室温下在磁力搅拌器中进行搅拌，搅拌速率设置为400rpm。搅拌4小时后得到白色胶体悬浮液，利用离心机10000rpm转速离心10分钟，随后用乙醇洗涤3-4次，真空烘箱干燥6小时，得SiO2微球。随后，取20mg上述SiO2微球，与30mg氧化石墨烯混合，并加入100mL去离子水，超声分散4小时后，冷冻干燥，得SiO2/氧化石墨烯粉末。
(2)将上述SiO2/氧化石墨烯粉末置于管式炉中，在氢气-氩气(10％H2)混合气的保护下进行程序升温，升温速率5℃/min，升温至200℃，保温2小时，随后自然冷却至室温，取出粉末，得到SiO2/还原氧化石墨烯复合材料。其中，SiO2占SiO2/还原氧化石墨烯复合材料质量分数约40wt％。
(3)将碳纸进行疏水处理，用聚四氟乙烯乳液(质量百分浓度为2％)刷涂碳纸两侧，然后在350℃下加热20min，制得基底层。
(4)取400mg碳粉加入200mg聚四氟乙烯乳液和10g异丙醇以及10g超纯水配置成两份浆液，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为2％。
随后分别向浆液中分别加入10mg、30mg的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料，进行机械搅拌5min，转速400r/min，配置成微孔层第一浆料和第二浆料。
(5)将第二浆料涂覆在碳纸基底上，待干燥后形成第二微孔层，将第一浆料继续涂覆其上，形成第一微孔层，在120℃下加热60min，在350℃下加热30min，即可得到梯度化气体扩散层。
对比例1
(1)将碳纸进行疏水处理，用聚四氟乙烯乳液(质量百分浓度为1～5％)刷涂碳纸两侧，然后在350℃下加热20min，制得基底层。
(2)取400mg碳粉加入200mg聚四氟乙烯乳液和10g异丙醇以及10g超纯水配置成两份浆液，进行机械搅拌3～10min，转速200～500r/min，配置成相同的微孔层第一浆料和第二浆料。
(3)将第二浆料涂覆在碳纸基底上，待干燥后将第一浆料继续涂覆其上，将所制备的含微孔层浆料的基底层在120℃下加热60min，在350℃下加热30min，得到双层微孔层涂覆的扩散层。
(4)将该扩散电极与CCM电极组装成电池，进行常规极化曲线测试，记录电流-电压变化。
图2为实施例1的膜电极和对比例1的膜电极分别制得的燃料电池的伏安曲线。可以看出实施例1通过添加不同含量的二氧化硅和石墨烯复合材料，构筑疏水梯度化结构的燃料电池气体扩散层，能够改善燃料电池水气传输性能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种气体扩散层，其特征在于，其包括依次贴合的第一微孔层、第二微孔层和基底层；
所述第一微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第一微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二微孔层包括碳粉、聚四氟乙烯和SiO2/还原氧化石墨烯复合材料；其中，所述第二微孔层的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一微孔层中SiO2占所述第一微孔层的质量百分比低于所述第二微孔层中SiO2占所述第二微孔层的质量百分比。
2.一种气体扩散层的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
S1.在基底层上形成第二微孔层；所述第二微孔层的原料为第二浆料；
S2.在所述第二微孔层上形成第一微孔层后进行热处理，即可；所述第一微孔层的原料为第一浆料；
所述第一浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第一浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第二浆料为SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水的混合物；其中，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为5～50％；
所述第一浆料中SiO2占所述第一浆料的质量百分比低于所述第二浆料中SiO2占所述第二浆料的质量百分比。
3.如权利要求2所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料和所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料成分相同；
和/或，S1中，所述第二浆料为将SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水混合均匀得到。
4.如权利要求3所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第二浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第二浆料的质量百分比为0.02～0.35％；
和/或，所述第二浆料中，碳粉占所述第二浆料的质量百分比为1～4％；
和/或，所述第二浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为0.5～2.5％，聚四氟乙烯乳液占所述第二浆料的质量百分比为0.5～2.5％；
和/或，所述第二浆料中，异丙醇占所述第二浆料的质量百分比为40～52％；
和/或，所述第二浆料中，水占所述第二浆料的质量百分比为40～52％；
和/或，所述第二浆料的混合过程中，搅拌时间为3～10min，搅拌转速为200～500r/min。
5.如权利要求4所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第二浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第二浆料的质量百分比为0.15％；
和/或，所述第二浆料中，碳粉占所述第二浆料的质量百分比为1.94％；
和/或，所述第二浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为1.5～2％；
和/或，所述第二浆料中，聚四氟乙烯乳液占所述第二浆料的质量百分比为0.97％；
和/或，所述第二浆料中，异丙醇占所述第二浆料的质量百分比为48.5％；
和/或，所述第二浆料中，水占所述第二浆料的质量百分比为48.5％。
6.如权利要求3所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：在氢气和氩气的混合气氛中，将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物进行还原，所述还原的温度为50～200℃；
或者，所述第二浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物于90～95℃的水浴中反应1～3h。
7.如权利要求6所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为5-15％；
和/或，所述还原在管式炉中进行；
和/或，所述还原的时间为1～2h；
和/或，所述还原的升温速率为5℃/min；
和/或，所述第二浆料中的SiO2微球是通过将硅源、水、氨水和乙醇的混合物混匀制得；
和/或，所述SiO2微球和氧化石墨烯的混合物是通过将所述SiO2微球与所述氧化石墨烯在水中分散后冷冻干燥制得；
和/或，所述第二浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为20～40％。
8.如权利要求7所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为10％。
9.如权利要求7所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸四乙酯；
和/或，所述水和氨水的体积比为(0.5～3)：1；
和/或，所述氨水的浓度为28％；
和/或，所述硅源：水：氨水：乙醇的比例为1g：20mL：10mL：(10～30)mL；
和/或，所述混匀在室温下进行；所述混匀的时间为4h；所述混匀的转速为400rpm；
和/或，所述混匀后离心、洗涤和干燥后，得到所述SiO2微球；
和/或，所述分散采用超声分散；所述分散的时间为4h。
10.如权利要求9所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述水和氨水的体积比为2:1。
11.如权利要求2所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，S2中，所述第一浆料为将SiO2/还原氧化石墨烯复合材料、碳粉、聚四氟乙烯乳液、异丙醇和水混合均匀得到；
和/或，S2中，所述热处理分为两个阶段，120℃下热处理60min后，在350℃下热处理30min；
和/或，S1或S2中，所述第一浆料和所述第二浆料中不包含聚乙烯醇、交联剂或造孔剂。
12.如权利要求11所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第一浆料的质量百分比为0.02～0.25％；
和/或，所述第一浆料中，碳粉占所述第一浆料的质量百分比为1～5％；
和/或，所述第一浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为0.5～2.5％，聚四氟乙烯乳液占所述第一浆料的质量百分比为0.5～3％；
和/或，所述第一浆料中，异丙醇占所述第一浆料的质量百分比为40～55％；
和/或，所述第一浆料中，水占所述第一浆料的质量百分比为40～55％；
和/或，所述第一浆料的混合过程中，搅拌时间为3～10min，搅拌转速为200～500r/min；
和/或，所述基底层为经疏水处理的碳纸。
13.如权利要求12所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中，SiO2/还原氧化石墨烯复合材料占所述第一浆料的质量百分比为0.05％；
和/或，所述第一浆料中，碳粉占所述第一浆料的质量百分比为1.94％；
和/或，所述第一浆料中，聚四氟乙烯乳液的质量百分浓度为1.5～2％；
和/或，所述第一浆料中，聚四氟乙烯乳液占所述第一浆料的质量百分比为0.97％；
和/或，所述第一浆料中，异丙醇占所述第一浆料的质量百分比为48.5％；
和/或，所述第一浆料中，水占所述第一浆料的质量百分比为48.5％。
14.如权利要求11所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：在氢气和氩气的混合气氛中，将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物进行还原，所述还原的温度为50～200℃；
或者，所述第一浆料中的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备包括如下步骤：将SiO2微球和氧化石墨烯的混合物于90～95℃的水浴中反应1～3h。
15.如权利要求14所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为5-15％；
和/或，所述还原在管式炉中进行；
和/或，所述还原的时间为1～2h；
和/或，所述还原的升温速率为5℃/min；
和/或，所述第一浆料中的SiO2微球是通过将硅源、水、氨水和乙醇的混合物混匀制得；
和/或，所述SiO2微球和氧化石墨烯的混合物是通过将所述SiO2微球与所述氧化石墨烯在水中分散后冷冻干燥制得；
和/或，所述第一浆料的SiO2/还原氧化石墨烯复合材料中SiO2的质量百分比为20～40％；
和/或，所述基底层由聚四氟乙烯乳液刷涂碳纸两侧后加热制得。
16.如权利要求15所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述氢气和氩气的混合气氛中，氢气的体积百分比为10％。
17.如权利要求15所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述硅源为正硅酸四乙酯；
和/或，所述水和氨水的体积比为(0.5～3)：1；
和/或，所述氨水的浓度为28％；
和/或，所述硅源：水：氨水：乙醇的比例为1g：20mL：10mL：(10～30)mL；
和/或，所述混匀在室温下进行；所述混匀的时间为4h；所述混匀的转速为400rpm；
和/或，所述混匀后离心、洗涤和干燥后，得到所述SiO2微球；
和/或，所述分散采用超声分散；所述分散的时间为4h；
和/或，所述基底层由质量百分浓度为1～5％的聚四氟乙烯乳液刷涂碳纸两侧；
和/或，所述加热的温度为350～400℃；
和/或，所述加热的时间为15～45min。
18.如权利要求17所述的气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述水和氨水的体积比为2:1；
和/或，所述基底层由质量百分浓度为2％的聚四氟乙烯乳液刷涂碳纸两侧；
和/或，所述加热的温度为350℃；
和/或，所述加热的时间为20min。
19.一种如权利要求2～18任一项中所述的气体扩散层的制备方法制得的气体扩散层。
20.一种如权利要求1或19所述的气体扩散层在质子交换膜燃料电池中的应用。
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