CN115411275A - 一种含微孔层的燃料电池气体扩散层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃料电池领域，具体公开了一种含微孔层的燃料电池气体扩散层及其制备方法。(1)将碳纳米管、碳纤维均匀的搅拌混合，形成一种浑浊的溶液；(2)将此浑浊的溶液在抽滤瓶上抽滤成一张薄膜，也就是碳膜；(3)之后浸润酚醛树脂溶液，高温下热压成形、碳化；(4)将炭黑与PTFE的混合物浆料均匀的喷涂至此种碳膜上，随后在空气氛围内，350℃下处理一段时间，得到了均匀分布的燃料电池微孔层碳膜。本发明制得的电池气体扩散层，通过制作微孔层对其物理性能和化学性能的改变，使其对气体的扩散能力和疏水性得到了提升，同时微孔层的加入使碳膜的韧性也得到了提升，并且制备工艺简单，易于规模化连续生产。

Description

一种含微孔层的燃料电池气体扩散层及其制备方法

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体公开了一种含微孔层的燃料电池气体扩散层及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是在上世纪研制出的一种能够让质子通过的电池体系。该电池的结构比较简单，且其具有功率密度高、能量转换效率高、低温启动、无污染、重量轻等特点。PEMFC的主要部件有双极板、气体扩散层、催化剂层、质子交换膜。双极板是PEMFC的一个重要部件，它的主要材质包括石墨板、金属板、复合双极板等，双极板的功能是分离氧化剂、还原剂、收集导电电流；扩散层不但具有支持层的功能，还具有扩散气体、电流、水和导热功能；在催化剂层，氢和氧的电化学反应，在这里产生电子、水、质子、热；在PEMFC中，质子交换膜是关键元件，它不但要与燃料、氧化剂进行隔离，还具有电解质的功能，是良好的氢离子导电材料，同时也是一种具有选择性和透过性的聚合物薄膜。质子交换膜与燃料电池的制作成本、电池效率有着重要联系，可以说质子交换膜直接影响着PEMFC的性能和使用寿命。

PEMFC作为一种低温燃料电池，工作温度在60～80℃，它的工作原理如下：H₂和O₂由双极板上的引导通道，分别进入燃料电池的阴、阳，再经过气体扩散层和催化层，然后进入质子交换膜。在阳极的另一端，H₂在阳极氧化作用下分解为H⁺、e^-以水、质子的形式，在薄膜中进行迁移，最终抵达阴极，从而达到质子传导；同时，在阴极催化剂的作用下，阴极中的O₂与来自阳极的H⁺结合，生成水，在阳、阴之间形成一个电压，由外接电路连接，回路内的电子就会产生电能。其中，阳极与阴极发生的电子反应如下：

阳极反应：2H₂→4H⁺+4e^－

阴极反应：O₂+4H⁺+4e^－→2H₂O

电池反应：2H₂+O₂→2H₂O

PEMFC中的水分迁移和气体扩散是影响电池性能的主要因素，而与此相对应的组件是气体扩散层(GDL)。常规的GDL主要是由微孔层MPL和碳纸构成，MPL以小孔为主，而碳纸中以大孔为主，当碳纤维纸与MPL结合时，由于孔隙的突然变化，导致水分的传递效率受到一定的影响。

气体扩散层需要满足的要求：

(1)导电率高。由于电子在双极板和催化层之间的传播过程中，需要采用扩散层作为通道，并且需要收集电流，所以对GDL的电阻率要求非常低。

(2)强度高。为了保证电极的稳定性，必须保证电极的整体结构稳定，从而延长电极的使用寿命。

(3)具有高的孔隙率性和在特定的范围中的孔径分布。由于扩散层是生产氢、氧、生水的主要通道，因此必须要有较高的孔隙度和一定的孔隙分布，以确保气体的均匀分配和产品水的顺利排放，避免“水淹”。

(4)具有良好的抗腐蚀性。因为它在很长一段时间内都要在氧化和还原的条件下工作，所以对它的耐蚀性和耐蚀性都有很高的要求。

(5)具有致密的结构和平坦的表面。紧密的，光滑的GDL能够降低接触电阻并改善其导电性。

发明内容

本发明提供了一种含微孔层的燃料电池气体扩散层及其制备方法，以解决目前应用较广的燃料电池膜电极的完全碳化的碳纤维纸气体扩散层存在韧性差，易折断碎裂的缺陷。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种含微孔层的燃料电池气体扩散层，其以表面涂布的聚四氟乙烯和炭黑混合物作为微孔层，以多和壁碳纳米管和短切碳纤维组成的碳纳米管/碳纤维膜作为碳膜层。

由以下方法制备的具体过程为得到：

(1)将多壁碳纳米管M-GRADE MWNTs与短切碳纤维按1：3混合后，加入少量去离子水，使用搅拌器搅拌均匀，再使用消泡剂进行消泡处理，随后在浆料中加入少量的聚丙烯酰胺，慢速搅拌均匀，然后抽滤、烘干得到碳纳米管/碳纤维膜，所述碳纳米管/碳纤维膜的面密度控制为3mg·cm^-2；

(2)将步骤(1)得到的碳纳米管/碳纤维膜放入到质量分数为5％的酚醛树脂溶液中浸润均匀，至碳纳米管/碳纤维膜增重50～60％，将其烘干，烘干后热压成形，至厚度为140μm，随后放入到马弗炉中，在惰性气体氛围下，以每分钟5℃的升温速率升温至1600℃碳化，待冷却到室温后取出碳膜；

(3)将炭黑与聚四氟乙烯分散液的按1：300混合，搅拌均匀后，刮涂到步骤(2)得到的碳膜表面，并控制碳膜表面炭黑与聚四氟乙烯干物质的面密度为1～2mg cm^-2；使用热压成形，至厚度为20μm，接着将其放入到马弗炉中，在空气氛围、200℃-400℃下加热0.1-1h，待冷却到室温后取出，得到所述含微孔层的燃料电池气体扩散层。

进一步的，步骤(1)中所述碳纤维为直径7-10μm、长度5mm的短切碳纤维。

进一步的，步骤(1)中所述聚丙烯酰胺为质量分数为0.5％的聚丙烯酰胺水溶液。

上述的方法制备的含有微孔层的燃料电池气体扩散层,其以表面涂布的聚四氟乙烯和炭黑混合物作为微孔层，以多和壁碳纳米管和短切碳纤维组成的碳纳米管/碳纤维膜作为碳膜层，微孔层厚度为20μm，面密度1～2mg·cm^-2，微孔层中聚四氟乙烯和炭黑的质量比为300：1，碳膜层厚度为120μm，面密度为3mg·cm^-2，碳膜层中所述多壁碳纳米管与短切碳纤维的质量比为1：3，所述碳膜层中还含有2.4～2.9wt％的酚醛树脂。

本发明的上述方案中，步骤(1)中的聚丙烯酰胺为分散剂，聚丙烯酰胺含有酰胺基，易形成氢键，使其具有良好的水溶性和很高的化学活性，其还具有使水溶液粘度下降的能力，易于分散混合溶液中的不溶相；

步骤(2)中干燥后的碳纳米管/碳纤维膜放入5％的酚醛树脂浸润的主要目的是增加其机械强度，使用低浓度5％的主要原因是高浓度会堵塞碳纸的孔隙。步骤(2)中碳化的过程是从600℃开始的，随着碳化温度的升高，碳纸材料内部的官能团和化学键也能通过碳化去除，增大孔隙度稳定碳结构，在1800℃，碳结构会向石墨化结构转变，石墨化后可以提高其导电性，但是，所需消耗的成本也大大增加，温度过高，维护设备的频率也会增加。所以碳化温度选择1600℃，在保证碳纸内空隙度高的前提下，也控制住了成本；

步骤(3)中涂上聚四氟乙烯的目的是作为粘结剂和炭黑混合制作MPL层，同时也作为疏水剂使用。

本发明的方案中，碳纤维使用的是浸润过PAN溶液的碳纤维，目的是使其的机械强度更优异，碳纳米管使用的是M-GRADE MWNTS，外径为70-80nm，M-GRADE MWNTS为一种长的多壁碳纳米管，其柔软程度比其他碳材料要优异，不易折断，导电性更强，成膜能力更加优异，质量轻，这大大降低了制造成本。

从燃料电池的电极反应可以看出，为了在电催化剂上进行反应，需要将电子转移至催化层的反应点，阳扩散层收集电化学氧化所生成的电流，而阴极扩散层则是通过电化学还原反应来传送电子。碳纤维是一种综合性能优异的高导电性碳材料，其除了具有高导电性能之外，还具有耐腐蚀、耐磨、耐高温、强度高、质轻等特点，因此成为制成气体扩散层的优选材料。在扩散层中要有一个导电通路，而碳纤维纸则必须是导电的导电材料，这样才能将电化学反应中的电子顺利地导出来。一般情况下，通过在扩散层中的碳材料来完成电子传导通路的作用，而碳纤维纸的电阻率是一项关键指标，其电阻率越低，电导率越高，电极的性能越好，在燃料电池中所占据的分压力就会越小，这样对整个电池的整体功耗影响就会降低，而且气体扩散膜的优良导电性使得燃料电池的工作效率得到提高。增加电阻会增加电极的内部损耗，从而导致电池的效率下降，从而提高电池的成本，所以在此处使用碳纤维/碳纳米管的组合完美的解决了这个问题。多壁长碳纳米管具有成膜性好的特点，且具有优异的导电性能，

附图说明

图1为本发明实施例3步骤(2)燃料电池气体扩散层的扫描电镜图，其中，(a)碳纤维+碳纳米管气体扩散层放大3000倍，(b)碳纤维+碳纳米管气体扩散层放大5000倍，(c)MPL层放大5000倍，(d)MPL层放大10000倍；

图2为本发明实施例3步骤(2)制备的燃料电池气体扩散层的功率密度与电流关系的数据图；

图3和图4分别为实施例3步骤(3)制备的酚醛树脂的含量80％、100％的燃料电池气体扩散层功率密度与电流关系的数据图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下实施例中所用碳纤维为直径7-10μm、长度为5mm的短切碳纤维；所用多壁碳纳米管是M-GRADE MWNTs(购至nano tech labs公司)，外径为70-80nm，长度1-2mm。

实施例1一种燃料电池气体扩散层，由以下方法制备得到：

(1)使用无水乙醇作为溶剂，将多壁碳纳米管和碳纤维按质量比1：3混合，加入少量去离子水在搅拌器中混合搅拌4min后，加入占多壁碳纳米管质量0.5％的PAM分散剂，搅拌均匀后，用真空抽滤装置抽滤，抽滤后的滤布放入80℃的鼓风干燥箱中，干燥完全后从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜。

上述步骤中对应于每平方厘米的滤布，需取总质量507mg的多壁碳纳米管和碳纤维的混合物，使滤布上的面密度达到3mg cm^-2，在从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜后在辊压机辊压，辊压时辊轮之间的距离可控，因此厚度可控。可使碳纳米管/碳纤维膜的厚度达到110～120μm，太厚则会影响其透气度和功率密度，太薄机械强度不够。

(2)随后使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)配制质量分数为5％聚丙烯腈(PAN)溶液，将步骤(1)的碳纳米管/碳纤维膜放入上述配制好的PAN溶液中浸润均匀后，将其于80℃下烘干，烘干后使用热压机在1000kg/cm²的压力下热压20min，随后使用马弗炉在氩气气氛中、1000℃下碳化2h，待冷到室温后取出得到碳膜，将炭黑与聚四氟乙烯按质量比1：300混合成分散液，搅拌均匀后，使用刮刀均匀刮涂到上述碳膜上，最后将其放入到马弗炉中，在空气氛围下，350℃加热0.5h，待冷到室温后取出，以制成含微孔层的气体扩散层。

上述步骤中刮涂MPL层的碳膜加热烘干后再经过热压机(80℃)和锟压机操作后，降低其厚度，因为MPL层形变能力大于碳膜本身，因此可以更容易地控制MPL层的厚度。可使微孔层MPL的厚度达到20μm。MPL层的面密度需控制为2mg cm^-2，因为面密度的大小与厚度、面向电阻、透气率、密度、拉伸强度有关，其关系为：(1)厚度：面密度越大，厚度越大。(2)面向电阻：MPL由PTFE和炭黑增强了导电性，量越多，面向电阻降低，但因为材料本身的性质，可能会在某一个区间使其面向电阻上升。(3)透气率：随着MPL层面密度的增加而减小，透气率降低影响功率密度。(4)密度：随着MPL层面密度的增加而增加。(5)拉伸强度：随着MPL层面密度的增加而增加。面密度容易做厚，但面密度为1mg cm^-2在现有的条件下难以做到很均匀，因为在350℃热处理后总会发现有留白的部分。本实施例控制面密度的方法是：已知抄造碳膜的面积(使用模具的面积)，称量炭黑与聚四氟乙烯的质量，再用质量除以面积，得到面密度。

实施例2一种燃料电池气体扩散层，由以下方法制备得到：

(1)使用去离子水作为溶剂，将多壁碳纳米管和碳纤维按质量比1：3混合，加入少量去离子水，在搅拌器中混合搅拌4min后，加入IPA进行消泡处理后，再加入占多壁碳纳米管质量0.5％的PAM分散剂，搅拌均匀后，使用抽滤装置抽滤，抽滤后的滤布放入80℃的鼓风干燥箱中，干燥完全后从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜。

上述步骤中对应于每平方厘米的滤布，需取总质量3mg的多壁碳纳米管和碳纤维的混合物，使滤布上的面密度达到3mg cm^-2，在从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜后在辊压机辊压，辊压时辊轮之间的距离可控，因此厚度可控。可使碳纳米管/碳纤维膜的厚度达到110～120μm，太厚则会影响其透气度和功率密度，太薄机械强度不够。

(2)随后使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)配制质量分数为5％聚丙烯腈(PAN)溶液，将将步骤(1)的碳纳米管/碳纤维膜放入上述配制好的PAN溶液中浸润均匀后，将其于80℃下烘干，烘干后使用热压机在1000kg/cm²的压力下热压20min，随后使用马弗炉在氩气气氛中、1600℃下碳化2h，待冷到室温后取出得到碳膜，将炭黑与聚四氟乙烯按质量比1：300混合成分散液，搅拌均匀后，使用刮刀均匀刮涂到上述碳膜上，最后将其放入到马弗炉中，在空气氛围下，350℃加热0.5h，待冷到室温后取出，以制成含微孔层的气体扩散层。

上述步骤中刮涂MPL层的碳膜加热烘干后再经过热压机(80℃)和锟压机操作后，控制厚度使微孔层MPL的厚度达到20μm。MPL层的面密度需控制为2mg cm^-2。

实施例1和实施例2中未刮涂MPL层的气体扩散层的参数如表1所示，可以发现：碳纳米管/碳纤维膜在浸润以PAN为溶质，以DMF为溶剂配制的溶液后，增重50-60％，其拉伸强度不如以下实施例中浸润酚醛树脂的碳膜，同时实施例1和实施例2中的碳膜在刮涂上MPL层后其拉伸强度依旧达不到理想效果，分别只有9.88、11.23N/cm。

表1

实施例3

取贝特瑞新能源材料股份有限公司生产的购买的普通多壁碳纳米管加入浓度为30～50wt％的N-甲基吡咯烷酮，超声2h，以20000rmp的转速分散，得到A溶液；取碳纤维，加入浓度为40wt％的N-甲基吡咯烷酮，超声0.4h，得到B溶液；混合A和B溶液，多壁碳纳米管和碳纤维的比重为3：1，加入浓度为10wt％的聚四氟乙烯溶液，超声1h，以15000rmp的转速分散，抽滤成膜，烘干成型，于300～350℃处理3h，得扩散层(GDL/CNTs+CF)。GDL/CNTs+CF厚度为100～120μm，面向电阻7mΩcm²，孔隙率75％，密度0.36g/cm³,最大弯曲度180°，亲疏水性/接触角145°。

贝特瑞多壁碳纳米管直径为15-30nm，长度为100-200μm。

实施例3制得的扩散层(GDL/CNTs+CF)峰值功率密度曲线的数值如专利CN110600749B公布的不超过200mW cm^-2。降低多壁碳纳米管和碳纤维的比重时峰值功率密度减小，多壁碳纳米管在实施例3中充当微孔层，碳限位之间形成较大的孔，利于水的输送，而微孔层的疏水孔则保持气体的自由分配。

CN110600749B中还公布了用聚四氟乙烯+碳粉的浆液喷涂在碳纸上获得的GDL/Toray-060H虽然成本低，但不能弯曲超过90°，GDL/Toray-060H的造价更低。

实施例4一种含有微孔层的燃料电池气体交换层，由以下方法制备得到：

(1)使用去离子水作为溶剂，将多壁碳纳米管和碳纤维按质量比1：3混合，加入少量去离子水，在搅拌器中混合搅拌4min后，加入IPA进行消泡处理后，再加入占多壁碳纳米管质量0.5％的PAM分散剂，搅拌均匀后，使用真空抽滤装置抽滤，抽滤后的滤布放入80℃的鼓风干燥箱中，干燥完全后从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜。

上述步骤中对应于每平方厘米的滤布，需取总质量507mg的多壁碳纳米管和碳纤维的混合物，使滤布上的面密度达到3mg cm^-2，碳纳米管/碳纤维膜的厚度达到140μm，在从滤布上剥离下碳纳米管/碳纤维膜后在辊压机辊压，辊压时辊轮之间的距离可控，因此厚度可控。可使碳纳米管/碳纤维膜的厚度压缩达到120μm，太厚则会影响其透气度和功率密度，太薄机械强度不够。

(2)随后使用无水乙醇配制树脂质量分数为5％的酚醛树脂溶液，将步骤(1)的碳纳米管/碳纤维膜放入上述配制好的酚醛树脂溶液中浸润30s，使重量增加50～60％，将其于80℃下烘干，烘干后使用热压机在1000kg/cm²的压力下热压20min，随后使用马弗炉在氩气气氛中、1600℃下碳化2h，过程中马弗炉先以每分钟5℃的升温速率升温至1600℃，再进行碳化2h，待冷到室温后取出得到碳膜(CNTs+CF)，将炭黑与聚四氟乙烯按质量比1：300混合成分散液，搅拌均匀后，使用喷涂机均匀喷涂到碳膜上，然后将其放入到马弗炉中，在空气氛围下，350℃加热0.5h，待冷到室温后取出，以制成含有微孔层的气体扩散层(CNTs+CF+MPL)。

上述步骤中刮涂MPL层的碳膜加热烘干后再经过热压机(80℃)和锟压机操作后，控制厚度使微孔层MPL的厚度达到20μm。MPL层的面密度需控制为2mg cm^-2。上述步骤中若将步骤(1)的碳纳米管/碳纤维膜放入上述配制好的3wt％的酚醛树脂溶液中浸润20s，碳膜增重20-40％；若将步骤(1)的碳纳米管/碳纤维膜放入上述配制好的10wt％的酚醛树脂溶液中浸润2min，碳膜增重80-100wt％。增重50～60wt％对应浸润后碳膜中酚醛树脂含量为2.4～2.9wt％，增重80～100wt％对应浸润后碳膜中酚醛树脂含量为3.8～4.8wt％，增重20～40wt％对应浸润后碳膜中酚醛树脂含量为0.99～1.9wt％。

本实施例的微孔层碳膜(CNTs+CF+MPL)的总厚度控制为140μm，总厚度增加时透气率不够，降低功率密度的值，总厚度减小时太薄，使机械强度降低。碳纳米管/碳纤维膜厚度为120μm，微孔层MPL厚度为20μm，CNTs+CF+MPL的面向电阻为7.9mΩcm²，透气率为576.3ml·mm/cm²·hr·mmAq，密度为0.32g/cm³，拉伸强度为20.80N/cm，亲水性/疏水性接触角为150°。峰值功率密度超过了700mW cm^-2。图1-c和图1-d分别为微孔层碳膜表面的MPL放大5000和10000倍的扫描电镜图。

实施例4不喷涂炭黑与聚四氟乙烯得到的碳膜(CNTs+CF)为无微孔层气体扩散层(no MPL)，表2为该无微孔层气体扩散层和实施例4得到微孔层气体扩散层的参数数据，如图2所示，实施例4不喷涂炭黑与聚四氟乙烯得到的no MPL的中峰值功率密度曲线的数值不超过600mW cm^-2，而实施例4微孔层气体扩散层的峰值功率密度超过了700mW cm^-2。

表2

实施例4制备的含有微孔层的燃料电池气体扩散层相较于实施例1和实施例2制备的含微孔层的气体扩散层的透气性提高3％，主要是因为更换了聚丙烯酰胺作为分散剂后，碳纳米管、碳纤维膜的分散效果更好，使得碳纳米管/碳纤维膜的没有团聚，不会造成局部密度过大，同时内部孔隙也越多，做出来的碳膜也越均匀。

由于使用聚丙烯腈浸润的碳膜的机械强度有待提高，为增加强度，实施例4将碳纳米管/碳纤维膜浸润于低浓度的酚醛树脂溶液中，若使用酚醛树脂的浓度过高会使孔隙率下降，降低其气体扩散的能力，本实施例根据酚醛树脂浓度和浸润时长进行了梯度实验，检测碳膜增重量，最终确定碳膜浸润在5wt％的酚醛树脂溶液的时间对应的增重程度。

在碳纳米管/碳纤维膜表面喷涂MPL后提高了拉伸强度和疏水性，实施例4得到的CNTs+CF+MPL较实施例3的GDL/CNTs+CF的峰值功率密度大幅提高是因为所使用的碳纳米管M-GRADE MWNTs的电化学性能优于实施例3中的贝特瑞碳纳米管，且实施例4的碳纳米管/碳纤维膜能弯曲60°。

当按实施例4的方法制备碳膜时，若酚醛树脂的浓度和碳膜的浸润时间继续提高，当碳膜浸润后增重到80％和100％时，所得含微孔层的气体扩散层的功率密度与电流关系的数据图分别如图3和图4所示，其功率密度分别只有427mW cm^-2和362mW cm^-2，因为其透气率明显降低，低于300ml·mm/cm²·hr·mmAq，这直接影响了其功率密度的数值。远低于碳膜浸润于5wt％的酚醛树脂后增重50-60％时获得的碳膜的功率密度数值。同样当酚醛树脂浓度降低且浸润时间减少，使碳膜仅增重20-40％时，其拉伸强度会明显降低，低于5N/cm，刮涂上MPL层后，其拉伸强度也在10N/cm左右，远低于实施例4中的含微孔层的气体扩散层。降低了微孔层气体扩散层的弯曲角度。

CN110600749B中使用的碳纳米管是碳纤维质量的三倍，这大大增加了制造成本，而实施例3使用的碳纳米管的质量仅是碳纤维的三分之一，还提高了峰值功率密度。

本实施例通过以上改进，制备了功率密度更大，制造成本更低的微孔层气体扩散层，且具有足够的拉伸强度和疏水性。

Claims (4)

1.一种含微孔层的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将多壁碳纳米管M-GRADE MWNTs与短切碳纤维按1：3混合后，加入少量去离子水，使用搅拌器搅拌均匀，再使用消泡剂进行消泡处理，随后在浆料中加入少量的聚丙烯酰胺，慢速搅拌均匀，然后抽滤、烘干得到碳纳米管/碳纤维膜，所述碳纳米管/碳纤维膜的面密度控制为3mg·cm^-2；

(2)将步骤(1)得到的碳纳米管/碳纤维膜放入到质量分数为5％的酚醛树脂溶液中浸润均匀，至碳纳米管/碳纤维膜增重50～60％，将其烘干，烘干后热压成形，至厚度为140μm，随后放入到马弗炉中，在惰性气体氛围下，以每分钟5℃的升温速率升温至1600℃碳化，待冷却到室温后取出碳膜；

(3)将炭黑与聚四氟乙烯分散液的按1：300混合，搅拌均匀后，刮涂到步骤(2)得到的碳膜表面，并控制碳膜表面炭黑与聚四氟乙烯干物质的面密度为1～2mg cm^-2；使用热压成形，至厚度为20μm，接着将其放入到马弗炉中，在空气氛围、200℃-400℃下加热0.1-1h，待冷却到室温后取出，得到所述含微孔层的燃料电池气体扩散层。

2.根据权利要求1所述的一种含微孔层的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述碳纤维为直径7-10μm、长度5mm的短切碳纤维。

3.根据权利要求1所述的一种含微孔层的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述聚丙烯酰胺为质量分数为0.5％的聚丙烯酰胺水溶液。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法制备的含微孔层的燃料电池气体扩散层，其特征在于，其以表面涂布的聚四氟乙烯和炭黑混合物作为微孔层，以多和壁碳纳米管和短切碳纤维组成的碳纳米管/碳纤维膜作为碳膜层，微孔层厚度为20μm，面密度1～2mg·cm^-2，微孔层中聚四氟乙烯和炭黑的质量比为300：1，碳膜层厚度为120μm，面密度为3mg·cm^-2，碳膜层中所述多壁碳纳米管与短切碳纤维的质量比为1：3，所述碳膜层中还含有2.4～2.9wt％的酚醛树脂。

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