CN1926712A - 气体扩散材料的结构以及它们的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种用于气体扩散电极和气体扩散层的改进结构，其中孔隙率和疏水性的良好梯度促进由这些元件构成的膜电极装置的有效的气体传输、水的去除以及整体性能的提高。

Description

气体扩散材料的结构以及它们的制备方法
技术领域
本发明涉及用于电化学应用的气体扩散结构例如气体扩散电极和气体扩散电极衬底(backing)及其制备方法。
背景技术
气体扩散结构越来越多地用于电化学应用例如燃料电池和电解槽，特别在使用离子交换膜做隔膜和/或做电解质的应用中。气体扩散结构(也称为“气体扩散器”)通常包括用作支撑体的网格(web)以及涂覆在其一侧或两侧的涂层。涂层具有多个作用，其最主要的是为水和气体传输提供通道并传导电流。涂层特别是最外面一层还具有额外的作用，例如催化电化学反应和/或提供离子传导，特别是当它们用在与离子交换膜直接接触时。在大多数应用中，期望它具有涂覆有电流传导层的多孔电流传导网格(例如碳布、碳纸或金属网)。也期望用于水和用于气体传导的通道为分离的通道，并具有疏水性和孔隙率。
本领域已知气体扩散器可以有利地具有两个不同的层，具有不同的特性的内涂层和外涂层：例如，US 6,017,650公开了用于膜燃料电池中涂覆有较亲水性的催化剂层的高疏水性气体扩散器的使用。US6,103,077公开了一种采用工业涂覆机自动制备这类气体扩散电极和电极衬底的方法。在这些引证文献中，涂层包括碳颗粒和疏水性粘接剂例如PTFE的混合物，获得具有独特特性的扩散性和催化性的层的方法包括在两层中使用不同相对量的碳和粘接剂材料和/或使用两种不同类型的碳。
具有不同孔隙率的双层的气体扩散器同样也在下述文献中已知：例如DE 19840 519公开了由具有不同孔隙率的两个子结构构成的双层结构。令人惊奇的是，具有较高孔隙率和较高气体渗透率的层是与膜接触的层，而较低孔隙率和较低渗透率的层是与网格接触的层。事实上通常的理解是与膜接触的层应具有所期望的孔隙率梯度以提供更低渗透性的结构，例如如WO 00/38261中公开的催化剂层。虽然在这个情况中没有在气体扩散器结构中获得孔隙率梯度，而仅是在与离子交换膜直接接触的催化亲水性极薄层中获得孔隙率梯度，但是通常的教导，即更低孔隙率的几何形状适于必须与膜电解质结合的气体进料电极结构的侧面，这可认为是本领域的公知常识。
这种类型的双层气体扩散结构在大多数应用中显示了充分的性能，然而，仍有一些重要的应用，其中现有技术的气体扩散器的结构不能充分满足气体和水的传送需求。
特别重要的应用包括，例如在相当高的温度(接近或高于100℃)下和氧气去极化的盐酸水溶液电解槽中工作的膜燃料电池，特别是若在高电流密度或者若采用空气或其他含较少氧的混合物代替纯氧去极化的条件下进行工作。在这些情况下，无法通过简单的双层气体扩散结构的方式来获得最佳的气体传输和水管理。
本发明的目的是提供一种改进的气体扩散结构和使用该结构的电化学电池，其中该结构能克服现有技术的局限和缺点。
另一方面，本发明的目的是提供一种能克服现有技术的局限和缺点的气体扩散结构的制备方法。
发明内容
第一方面，本发明涉及一种气体扩散器，其包括在网格上的多层涂层，该涂层在穿过整个厚度的方向上具有孔隙率和疏水性的良好梯度。通过良好的梯度意图获得相关参数的单一地和基本规则地变化。
另一方面，本发明涉及一种电化学电池，例如膜燃料电池或电解池，其包括气体扩散器，该气体扩散器设有多层涂层，该涂层在穿过整个厚度的方向上具有孔隙率和疏水性的良好梯度。
最后一方面，本发明涉及一种气体扩散器的制备方法，该气体扩散器设有多层涂层，该涂层在穿过整个厚度的方向上具有孔隙率和疏水性的良好梯度。
对于本领域技术人员而言，这些和其他方面由于下面的说明而变得显而易见，这些说明仅是为了描述本发明的具有代表性的实施方式，而不是构成其限制。
如上所述，现有技术的气体扩散电极总是被描述为在两个不同的区域实现两种独立功能的双重结构：一个与膜接触的活性、催化区域，用于促进在催化剂颗粒上的三相反应，其需要具有离子和电子传导并因此具有显著亲水特性的扩展界面；一区域，其用于进行气体扩散并具有强疏水性以利于气体穿过其孔隙的传输。本发明者发现，提供穿过气体扩散器的整个结构的良好的疏水性梯度，而不是提供穿过气体扩散电极结构的疏水性的突然跃变，是出人意料地有利。气体扩散器结构可仍提供有活性或催化性的外层，然而，在最优选实施方式中催化层的物理特性并不与结构的其他部分形成突然的不连续性，因此在整个结构上相当确定地形成疏水性梯度，并且还延伸至活性区域。此外，为了充分发挥本发明的性能，穿过整个气体扩散结构还应形成良好的孔隙率梯度，其中在与支撑网格直接接触的涂层上孔隙更大，而在其相对的表面上孔隙更小，该气体扩散结构包括催化部分。在另一实施方式中，本发明的气体扩散结构包括在其厚度方向上具有孔隙率和疏水性的良好梯度的非催化部分；以及重叠的催化部分，该部分优选在其厚度方向上具有不同的孔隙率和疏水性的良好梯度。在下述例子中，将示出可通过多个工序(pass)在网格的单侧涂覆来获得本发明的气体扩散器，然而，也可以通过多个工序在网格的两侧涂覆来获得具有疏水性和孔隙率的良好梯度的气体扩散结构，并将支撑网嵌入到整个结构中。有多种可能的方式在网格上同时获得疏水性和孔隙率的良好梯度，但不是所有的方式都能与用自动涂覆机进行的工业生产兼容。由于这个原因，随后描述的一些优选实施方式将代表实施本发明的最佳方式。在一个优选实施方式中，本发明的气体扩散器具有包括碳和粘结剂颗粒的涂层。碳颗粒基本上用于为结构提供导电性，可以理解可使用其他类型的导电性颗粒，例如金属颗粒。粘接剂用于赋予(impart)涂层以结构性能，并可以有利地用于改变涂层的疏水/亲水性能。聚合物粘接剂优选用于本申请，特别是部分氟化或全氟化的粘接剂例如PTFE(能赋予疏水特性)或磺化全氟碳酸例如Nafion(能赋予亲水特性)。在一个优选实施方式中，通过提供多层涂覆能同时获得疏水性和孔隙率的良好梯度，其中系统地改变碳相对于粘接剂颗粒的重量比，由此本发明的气体扩散器由可变数目的单独的涂层组成，典型地数目为3～8。涂层的数目越大，所获得的扩散器在良好梯度结构方面越好。然而，涂层的数目必须根据实际因素，并且更重要的是要保持所需的气体渗透特性而有所限制。在另一优选实施方式中，通过提供系统地改变两种不同类型的碳之间的重量比的多层涂覆能同时获得疏水性和孔隙率的良好梯度，所述两种不同类型的碳为较疏水性的碳例如石墨或乙炔黑以及较亲水性的碳例如炭黑。在另一优选实施方式中，同时系统地改变两种不同类型的碳之间的重量比和碳相对于粘接剂颗粒的重量比。在另一优选实施方式中，通过提供系统地改变两种不同类型的粘接剂之间的重量比的多层涂覆能同时获得疏水性和孔隙率的良好梯度，所述两种不同类型的粘接剂为疏水性的碳例如PTFE和亲水性的粘接剂例如Nafion。所有同时获得疏水性和孔隙率的良好梯度的这些不同的技术可以以多种方式组合。在每个先前提及的具体实施方式中，最终涂层中的碳颗粒也可包括其上负载的催化剂，例如通常赋予亲水性能的贵金属催化剂(催化碳)。这相当于气体扩散器在其厚度方向上提供有疏水性和孔隙率的良好梯度，在其最上面还提供有电催化层，其中，疏水性和孔隙率的良好梯度也在该电催化层中延伸。然而，在另一实施方式中，不同的疏水性和孔隙率梯度可存在于本发明气体扩散器的非催化部分和催化部分。在次优选实施方式中，疏水性和孔隙率的良好梯度仅在扩散器的非催化部分延伸，而被覆盖的催化部分则根本不具有良好梯度。
在本发明的一优选实施方式中，在每层中疏水粘接剂相对于碳的重量在0.1和2.3之间，当使用两种不同类型的碳时，所述两种类型的碳之间的重量比典型地在1∶9与9∶1之间。然而，多于两种类型的碳可用于本发明的气体扩散器的结构中，以获得所需的疏水性和孔隙率的良好梯度。
在本文中，术语“碳”具有普遍的含义，它可以是指纯的含碳颗粒(非催化碳)或负载有其他物质例如金属催化剂或金属氧化物催化剂的含碳颗粒(催化碳)。
例如，最终涂层可包括少量的疏水非催化碳、大量的第一亲水非催化碳、和特点为高表面积的第二亲水催化碳。
类似地，可通过涂覆包括不同催化碳的不同的层来获得电极层中的梯度，其中，最终的涂层比之前的涂层包括更多的亲水催化碳。
贵金属特别是铂族金属是气体扩散电极结构的大多数应用中最常用的催化剂。贵金属可以单体或氧化物的形式存在，优选与其他金属或金属氧化物，特别是与现有技术中已知的过渡金属或金属氧化物混合。
根据本发明的方法，具有疏水性和孔隙率良好梯度的气体扩散器优选制备如下：用具有系统变化的组分的多个涂层涂覆网格，优选电流传导网格。通过系统地改变，使得至少一个参数例如碳相对于粘接剂的比例或使两种不同碳颗粒之间的比例以单一的方式变化，即总是减少或总是增加，虽然一层与其相邻层之间的改变率可以不是固定的。
本发明可借助一些实施例来进一步解释，这些实施例并不意味着限定其范围。
实施例1
选择具有统一的经纬(warp-to-fill)比、约25～50纱/英寸(yarns perinch)、碳含量为97～99％以及平均厚度为10密耳的碳布作为用于本实施例和以下实施例的所有气体扩散器的支撑网格。将适量的Shawinigan乙炔黑(SAB)和适量的负载在Vulcan XC-72催化剂上的20％的Pt分别用超声筒分散。将得到的分散物与PTFE的含水悬浮液混合以形成不同的碳/粘接剂悬浮液，其中有四种悬浮液由SAB和PTFE组成，其中PTFE的含量在60～10wt％的范围；剩下的三种由PTFE以及负载在炭黑上的Pt(20％的Pt负载在Vulcan XC-72上，此后称为20％Pt/C)组成，其中PTFE的含量在50～10wt％的范围。这七种悬浮液相继地用手工涂覆到碳布上，并在每次涂覆后在大气中进行干燥步骤并最终在340℃下烧结20分钟。每层的组分和单位负载如下表所示。
  层#   碳成分的类型   PTFE wt％   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB   60   1.50
  2   SAB   40   0.48
  3   SAB   20   1.02
  4   SAB   10   0.72
  5   20％Pt/C   50   0.20
  6   20％Pt/C   30   0.24
  7   20％Pt/C   10   0.43
所得到的气体扩散电极进一步从5％的水醇溶液中进行多道工序(pass)涂覆至具有0.71mg/cm2的Nafion，并在大气中最后干燥。Nafion是美国杜邦的商标，表示一类全氟磺酸盐离聚物材料，其既作为离子交换膜又作为水醇悬浮液(“液体Nafion”)。
所得到的样品的孔隙率用毛细流量孔隙方法检测，其中在100微米厚的结构中测量5次，平均流量孔径(mean flow pore)结果为相当规律地从35μm(在20μm深度的值)减少到0.08μm(100μm深)，如下表所示(气体侧为0μm以及催化侧为100μm)。
  深度(μm)   平均流量孔径(μm)
  20   35.7
  40   9.73
  60   0.831
  80   0.112
  100   0.083
上述样品确定为“EX1”，是手工涂覆的气体扩散电极的例子，该电极包括具有第一组(a set of)孔隙率和疏水性的良好梯度的非催化部分，以及具有不同的一组孔隙率和疏水性的良好梯度的催化部分。
对比例1
采用如上实施例1所述的方法，只是仅施用两种悬浮液：使用实施例1层2所用的悬浮液(40％PTFT，60％SAB)涂覆四层直至覆盖度达到3.5mg/cm2，在其上面，涂覆三层的60％的炭黑负载的催化剂(20％Pt/C)和40％PTFE的悬浮液直至载料量(load)为0.39mg Pt/cm2。将得到的气体扩散电极如前述实施例进行烧结并进一步从5％的水醇溶液中进行多道工序涂覆至具有0.65mg/cm2的Nafion，并在大气中最后干燥。
所得到的样品的孔隙率用毛细流量孔隙方法检测，其中在80微米厚的结构中进行四次测量，平均流量孔径表明其在非催化部分内的保持恒定而在活性部分内急剧减少：
  深度(μm)   平均流量孔径(μm)
  20   20.5
  40   2.31
  60   2.68
  80   0.55
该样品确定为“CE1”，是不具有孔隙率和疏水性的良好梯度的双层手工涂覆的气体扩散电极的例子。
实施例2
采用如上实施例1所述的方法施用碳/PTFE悬浮液系列，其中该悬浮液中PTFE的相对量固定在50％，而系统地改变碳的组分。使用三种不同的碳成分，即：实施例1中的SAB碳、裸的(bare)Vulcan XC-72炭黑、催化的Vulcan XC-72(20％Pt/C)。每层的组分和单位负载如下表所示：
  层#   碳成分的类型  PTFE wt％   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB  50   1.44
  2   SAB/Vulcan XC-72 3∶1  50   0.56
  3   SAB/Vulcan XC-72 1∶1  50   0.64
  4   SAB/20％Pt/C 1∶1  50   0.72
  5   SAB/20％Pt/C 1∶3  50   0.48
  6   20％Pt/C  50   0.27
将得到的气体扩散电极如前述实施例进行烧结并进一步从5％的水醇溶液中进行多道工序涂覆至具有0.73mg/cm2的Nafion，并在大气中最后干燥。
该样品确定为“EX2”，是具有穿过整个厚度包括催化部分的孔隙率和疏水性的良好梯度的手工涂覆的气体扩散电极的例子，该电极包括催化部分。
实施例3
重复如上实施例1所述的方法，涂覆下述层：
  层#   碳成分的类型  PTFE wt％   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB  60   0.83
  2   SAB  50   0.72
  3   SAB  40   0.77
  4   20％Pt/C  40   0.25
  5   20％Pt/C  30   0.25
将得到的气体扩散电极如前述实施例进行烧结并进一步从5％的水醇溶液中进行多道工序涂覆至具有0.73mg/cm2的Nafion，并在大气中最后干燥。
该样品确定为“EX3”，是具有穿过整个厚度包括催化部分的孔隙率和疏水性的良好梯度的手工涂覆的气体扩散电极的另一例子，该电极包括催化部分。
对比例2
制备与对比例1中的电极相等同的电极，除了应用凹板印刷式自动涂覆以及选择负载在Vulcan XC-72的30％Pt(以下为30％Pt/C)作为催化剂之外。
如US 6,103,077中实施例57所描述那样，将碳布网格经过12.7mm直径、250mm长的凹版印刷头以100rpm的辊轧。凹版印刷头在表面具有5.3单元/厘米(cell/cm)的图案(pattern)为提升和分布混合物提供帮助。所述网格先用1∶1重量比的SAB∶PTFE的混合物以2m/min的速率涂覆。涂覆多层并风干中间层，直至达到4mg/cm2的载料量。接着，以1m/min的速率涂覆多层负载于Vulcan XC-72的30％Pt(以1∶1与PTFE混合)，并干燥中间层，直至达到0.5mg Pt/cm2的最终载料量。将最终装置在340℃下烧结20分钟并从5％的水醇溶液中进行多道工序涂覆至具有0.68mg/cm2的Nafion。
该样品确定为“CE2”，是不具有孔隙率和疏水性的良好梯度的机器涂覆的气体扩散电极的例子。
实施例4
采用对比例2的方法制备电极，并使用相同的凹板印刷式涂覆设备。涂覆下述层，其中层1是涂覆在网格的一侧(背部)，而其他的层是涂覆在网格的另一侧。
  层#   碳成分的类型  PTFE wt％   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB  60   1.23
  2   SAB  60   2.25
  3   SAB  50   2.37
  4   30％Pt/C  40   0.30
  5   30％Pt/C  30   0.26
层3以两层涂覆，层4和5以多层涂覆。在层4涂覆后，将电极切成两部分，仅其中一个涂覆有层5，并如前述实施例进行烧结和Nafion-涂覆(0.73mg/cm2)。
所得到的样品的孔隙率用毛细流量孔隙方法检测，其中在100微米厚的结构中进行五次测量，结果为从气体侧到催化侧平均流量孔径相当规律地减少。
  深度(μm)   平均流量孔径(μm)
  20   57.4
  40   7.50
  60   0.646
  80   0.154
  100   0.023
该样品确定为“EX4”，是具有穿过整个厚度包括催化部分的孔隙率和疏水性的良好梯度的机器涂覆的气体扩散电极的例子，该电极包括催化部分。
实施例5
如前述实施例所述将实施例4中未涂层5的电极部分进行烧结并涂覆Nafion(0.68mg/cm2)。由此其最后组成如下：
  层#   碳成分的类型  PTFE wt％   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB  60   1.23
  2   SAB  60   2.25
  3   SAB  50   2.37
  4   30％Pt/C  40   0.30
该样品确定为“EX5”，是具有穿过整个厚度包括催化部分的孔隙率和疏水性的良好梯度的机器涂覆的气体扩散电极的例子，该电极包括催化部分。然而该催化部分比之前的实施例薄，并由单层组成，其疏水性和孔隙率与整个结构的总的疏水性和孔隙率的梯度一致。
实施例6
重复实施例1中描述的方法涂覆三层非催化层，然后两层不同的催化层。对于后者，使用两种不同的催化碳，即前面两个实施例中的负载在Vulcan XC-72上的30％Pt；和负载在Vulcan XC-72上的30％Pt-Cr合金(Pt∶Cr以原子比1∶1)。PTFE用作30％Pt/C涂层的粘接剂，而Nafion则用于Pt-Cr合金。
  层#   碳成分的类型   粘接剂wt％，类型   单位负载(mg/cm2)
  1   SAB   50，PTFE   1.75
  2   SAB   40，PTFE   3.35
  3   30％Pt/C   40，PTFE   0.25
  4   30％PtCr/C   25，Nafion   0.5
在形成层#3后，采用多道工序涂覆具有0.3mg/cm2的来自5％的水醇溶液的Nafion离聚物的第一层。
在涂层#3后，将得到的气体扩散电极如前述实施例进行烧结并进一步从5％的水醇溶液中进行多道工序涂覆至具有0.3mg/cm2的Nafion，并在大气中最后干燥。
所得到的样品的孔隙率用毛细流量孔隙方法检测，其中在80微米厚的结构中进行四次测量，平均流量孔径表明其在穿过整个厚度保持恒定：
  深度(μm)   平均流量孔径(μm)
  20   45.8
  40   8.61
  60   0.189
  80   0.05
该样品确定为“EX6”，是具有穿过整个厚度的孔隙率和疏水性的良好梯度的手工涂覆的气体扩散电极的例子，该电极包括催化部分。
实施例7
将上述五个实施例和两个对比例中获得的七个样品在低压的氢气和空气(1.5bar)下于100℃下工作的燃料电池中进行表征。从每个样品获得两个相同的电极，一个用作阳极，另一个用作阴极。在两天的稳定工作后记录在两个固定电池电压值(0.7和0.5V)下产生的电流密度并将其记录到下述表格中：
  样品#   0.7V时的电流密度   0.5V时的电流密度
  EX1   6.8kA/m2   12.0kA/m2
  CE1   5.0kA/m2   10.2kA/m2
  EX2   6.4kA/m2   11.8kA/m2
  EX3   6.8kA/m2   11.9kA/m2
  CE2   5.4kA/m2   10.6kA/m2
  EX4   7.8kA/m2   13.4kA/m2
  EX5   6.9kA/m2   12.0kA/m2
实施例1-5的电极与对比例的电极相比具有一致提高的性能，不管其是人工制造或机器涂覆，也不管是使用负载在炭黑上的20％或30％Pt作催化剂。三个机器涂覆的样品也先在低压的氢气和空气(1.5bar)下于70℃下进行测试，然后在转换阴极进料为纯氧气后在相同的压力下获得“氧气增益”(oxygen gain)数据。换言之，在阴级进料为空气和在阴级进料为氧气的条件下在固定的电流密度下测量电池电压，然后在每个选定电流密度下将在氧气下获得的电压减去在空气下获得的电压。这些数据记录在下面的表格中：
 样品#   O2增益/1kA/m2   O2增益/4kA/m2   O2增益/6kA/m2   O2增益/10kA/m2
 CE2   29.1mV   51.6mV   61.7mV   89.9mV
 EX4   26.0mV   43.4mV   51.0mV   72.1mV
 EX5   30.7mV   46.9mV   56.3mV   80.1mV
在70℃下工作时，基于纯热力学条件，公式(2.303RT/nF)Log(pO2[氧气]/pO2[空气])可预知氧气增益为11.9mV。这个值基本是确定了所期望的氧气增益的下限。实验的氧气增益的程度可归因于电极的结构，其中氧气增益的减少意味着物质传送的提高。
上述描述不应理解为限制本发明，可在不偏离本发明范围的情况下根据不同的实施方式来实施本发明，本发明的范围完全由附加的权利要求来限定。
在本申请的说明书和权利要求中，术语“包括”并不意图排除有其他元素或额外成分的存在。

Claims (20)

1.一种用于膜电化学电池的气体扩散器，包括网格和至少一个涂覆于其上的多层涂层，所述涂层同时具有贯穿其厚度形成的孔隙率的良好梯度和疏水性的良好梯度。
2.根据权利要求1的气体扩散器，其中所述的多层涂层包括多个含有碳和粘接剂颗粒的单层。
3.根据权利要求1或2的气体扩散器，其中所述碳颗粒包括至少一种较疏水性的碳和至少一种较亲水性的碳，所述较疏水性的碳非必须地为乙炔黑或石墨，所述较亲水性的碳非必须地为炭黑。
4.根据权利要求3的气体扩散电极，其中所述至少一种较亲水性的碳被催化。
5.根据权利要求2-4中任意一个的气体扩散器，其中所述粘接剂颗粒由聚合物材料，非必须地由氟化聚合物材料制成。
6.根据前述任意一个权利要求的气体扩散器，其中所述孔隙率的良好梯度和所述疏水性的良好梯度都在从与所述网格接触的表面向相对表面的方向上单调地减少。
7.根据权利要求3-5中任意一个的气体扩散器，其中所述良好梯度通过多个单层的覆盖来获得，所述多个单层具有粘接剂相对于碳的不同重量比和/或所述较疏水性的碳与所述较亲水性的碳之间的不同重量比。
8.根据权利要求7的气体扩散器，其中所述粘接剂相对于碳的重量比包括在0.1和2.3之间。
9.根据权利要求7或8的气体扩散器，其中所述较疏水性碳和所述较亲水性碳之间的所述重量比包括在1∶9和9∶1之间。
10.根据前述任意一个权利要求的气体扩散器，其中所述多层涂层包括3到8层。
11.根据前述任意一个权利要求的气体扩散器，其中该扩散器还包括在与网格相对的表面上方的额外电催化层。
12.根据权利要求11的气体扩散器，其中所述孔隙率的良好梯度和所述疏水性的良好梯度在所述电催化层中延伸。
13.根据权利要求11的气体扩散器，其中所述电催化层包括铂族的金属或金属氧化物或者它们的合金。
14.一种电化学电池，其包括至少一个根据前述任意一个权利要求的气体扩散器。
15.根据权利要求14的电池，其特征在于是一种膜燃料电池或盐酸电解槽。
16.制造权利要求1-13中任意一个的气体扩散器的方法，包括将含有碳颗粒和疏水性粘接剂颗粒的混合物的多个涂层涂覆到网格上，疏水性粘接剂相对于碳的重量比在每个后续涂层中单调地增加。
17.制造权利要求1-13中任意一个的气体扩散器的方法，包括将含有碳颗粒和疏水性粘接剂颗粒的混合物的多个涂层涂覆到网格上，所述碳颗粒包括至少一种较疏水性的碳和至少一种较亲水性的碳，所述较疏水性的碳非必须地为乙炔黑或石墨，所述较亲水性的碳非必须地为炭黑，所述较疏水性的碳和所述较亲水性的碳之间的重量比在每个后续涂层中单调地减少。
18.权利要求17的方法，其中至少所述较亲水性的碳是催化碳。
19.制造权利要求1-13中任意一个的气体扩散器的方法，包括将含有碳颗粒和粘接剂颗粒的混合物的多个涂层涂覆到网格上，所述粘接剂颗粒包括至少一种较疏水性的粘接剂和至少一种较亲水性的粘接剂，所述较疏水性的粘接剂非必须地为全氟化粘接剂，所述较亲水性的粘接剂非必须地为磺化全氟碳酸。
20.权利要求16的方法，其中所述多层涂层的涂覆通过自动涂覆机，非必须地通过凹板印刷式涂覆机来进行。
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