一种气体扩散层前驱体及其制备方法以及气体扩散层和燃料电池
阅读说明：本技术 一种气体扩散层前驱体及其制备方法以及气体扩散层和燃料电池 (Gas diffusion layer precursor, preparation method thereof, gas diffusion layer and fuel cell ) 是由 王晋 陈雪松 方亮 唐厚闻 周红茹 刘行 胡科峰 于 2018-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种气体扩散层前驱体,包括：多孔结构层以及多个气体传输导向单元,所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构,所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面,且所述第一端与开设有气体入口,所述第二端开设有气体出口,所述单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面,多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同,且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。(The invention provides a precursor of a gas diffusion layer, which comprises: the gas transmission guide unit is a bent shell structure arranged on the surface of the porous structure layer, the inner top surface of the gas transmission guide unit is gradually close to the surface of the porous structure layer from the first end to the second end of the gas transmission guide unit, a gas inlet is formed in the first end, a gas outlet is formed in the second end, a contact plane used for contacting a partition plate or a bipolar plate is arranged on the outer top surface of the unit, the gas inlets of the gas transmission guide units are in the same direction, and the direction from the gas inlets to the gas outlets is consistent with the direction of gas flow.)
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种气体扩散层前驱体及其制备方法以及气体扩散层和燃料电池。
背景技术
质子交换膜燃料电池是发展最成熟，最接近于商业应用的燃料电池。它的基本构件包括：双极板、气体扩散层、催化层和质子交换膜。双极板的作用是在电池堆中隔离每个单电池，并通过其上的通道向气体扩散层输送燃料和氧气，与此同时，还要具有较高的导电性能，从而能够向外界导出电流。气体扩散层、催化层和质子交换膜构成了膜电极结构。气体扩散层位于催化层和双极板之间，是质子交换膜燃料电池中的关键材料之一，是膜电极最外层，为电极和双极板提供接触，将反应物输送到催化层，并让反应生成的水离开电极表面，允许水在电极和流道间通过，其承担着电流传导，质子交换膜的机械支撑，催化剂附着的多孔介质，反应物传输的通道，产物移除这五个方面的功能。基于上述要求，目前成熟应用于燃料电池上的气体扩散层材料为碳材料。碳材料兼顾较高的导电性和较强的抗电腐蚀性能，且成本较低，这是其他材料所不具备的特点。气体扩散层通常由基底层和微孔层组成。基底材料层通常选用多孔的碳纸或碳布，其厚度约为150～400微米。这种基底材料的空隙率通常高于60％，如AvCarb生产的多种型号碳纸，其基底材料孔隙率都大于75％，在覆盖微孔层以后，气体扩散层采用压汞法测得的空隙率也能达到50％以上。但是，燃料电池电堆在装配过程中，为了保证电堆的外部密封和避免内部反应气体窜漏，同时能够减小双极板与气体扩散层，以及气体扩散层与催化层间的接触电阻，会对电堆两端的端板施加组装压力，而具有多孔结构和相对较小压缩模量的气体扩散层会首先被压缩，通常设计的变形量在10％～30％。而这种压缩会造成气体扩散层最初的孔结构被压缩、变形，甚至坍塌，同时气体扩散层孔的曲折系数也会增加。由此会造成反应气体扩散到催化层表面的路径延长，难度增大，同时催化层表面产生的水也不易排出，电堆流场发生水淹现象，导致燃料电池电堆发生严重的传质极化现象，直接影响了燃料电池电堆的性能。
目前主要应用的气体扩散层材料包括碳纸、碳纤维编织布、无纺布和碳黑纸等。专利CN1331261C提供一种燃料电池用气体扩散层材料及制备方法，其特点是该材料由碳纤维毡、碳黑及粘结剂复合而成，其中碳纤维毡为基体，碳黑为填充相。气体扩散层材料的制备工艺为：先将碳黑用硝酸或盐酸浸泡，然后干燥，干燥后的碳黑与粘结剂溶液共混制备成混合液，再将碳纤维毡与混合液浸渍处理，平整处理及高温热处理，制成燃料电池气体扩散层材料。该方法虽然降低了生产成本，但是并没有解决气体扩散层在压缩后传质能力下降的问题。
专利CN101171713A提供一种气体扩散层，该气体扩散层包括至少两个相互作用连接的功能区域，其中第一功能区域具有多孔结构，而第二功能区域设计成稳定区。这种气体扩散层实现提供一种可以优化燃料电池效率系统。但是该专利第一区域较第二区域有更高的可压缩性，第一区域也是气体扩散的通道，该区域的大幅度压缩同样没有解决气体扩散层在压缩后传质能力下降的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种气体扩散层及其制备方法以及一种燃料电池，本发明提供的气体扩散层将气体扩散层设计成立体结构，该立体结构包括多孔结构层以及多个气体传输导向单元，可以产生垂直于扩散层气体流动的强制对流，提高反应气体传质动能和排除电化学反应产生的水，防止气体扩散层多孔通道水堵。
本发明提供了一种气体扩散层前驱体，包括：多孔结构层以及多个气体传输导向单元，所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，且所述第一端开设有气体入口，所述第二端开设有气体出口，所述气体传输导向单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同，且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。
优选的，所述多孔结构层的厚度为1～799μm，所述气体传输导向单元的高度为1～799μm，所述气体扩散层前驱体的厚度为100～800μm；
所述多孔结构层的材料的弹性模量与所述气体传输导向单元的材料的弹性模量之比为1：(1～100)。
优选的，所述气体传输导向单元的内侧顶面包括倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°；
或者，所述气体传输导向单元的内侧顶面包括拱形顶面。所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°；
或者，所述气体传输导向单元的内侧顶面为阶梯形顶面。
优选的，所述气体扩散层前驱体中多孔结构层的孔隙率≥70％。
优选的，所述气体扩散层前驱体的材料为包括碳纤维的无纺布。
本发明还提供了一种上述气体扩散层前驱体的制备方法，包括以下步骤：
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体扩散层前驱体结构的模具中进行模压、碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体；
或者，
在模具中制备出具有气体传输导向单元的结构，再将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，碳化和石墨化，得到气体扩散层多孔结构层，然后将两部分粘结，得到气体扩散层前躯体。
或者，
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体传输导向单元结构的模具中进行模压得到具有气体传输导向单元结构的碳纤维原纸；
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，置于所述具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，复合进行模压，得到气体扩散层前驱体原纸；
将所述气体扩散层前驱体原纸进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。
优选的，所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，所述碳纤维的长度为1～20mm。
优选的，所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯；
所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)；
所述模压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min；
所述碳化的程序为：
在保护气氛条件下，以5～15℃/min的升温速率升温至750～850℃，保持20～60min；
所述石墨化的程序为：
在真空度小于10Pa的条件下，以10～25℃/min的升温速率升温至2300～2900℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度60～120分钟。
本发明还提供了一种气体扩散层，由上述气体扩散层前驱体经过疏水化处理以及涂覆微孔层得到。
本发明还提供了一种燃料电池，包括隔板或极板、气体扩散层、催化层和质子交换膜，所述气体扩散层为上述气体扩散层。
与现有技术相比，本发明提供了一种气体扩散层前驱体，其特征在于，包括：多孔结构层以及多个气体传输导向单元，所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，且所述第一端与开设有气体入口，所述第二端开设有气体出口，所述单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同，且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。
本发明提供的气体扩散层前驱体主要分成两个部分，第一部分为多孔结构层，第二部分为气体传输导向单元。本发明将气体扩散层设计成具有气体传输导向单元的立体结构，该气体传输导向单元具有向多孔结构层的倾斜的倾斜面，在该倾斜面下方可以使向前传输的反应气体在垂直于扩散层多孔结构层的方向产生强制的对流，加速反应物气体(氧气和氢气)向催化层传输，有效提高反应气体传质动能；在该倾斜面上方，由于气体流速相对下降，产生低压，对多孔结构层储存的水产生一个向气体传输导向单元层的拖拽力，促进水从多孔结构层迅速排出，避免出现多孔结构层水淹，造成反应物气体无法传输到催化层。同时，该气体扩散层具有气体传输导向单元结构，所用的碳纤维结构为有孔结构，在浓差扩散和压差扩散作用下，反应气体又能够在不同流道间相互流通，不但使电堆进出口两端的气体分配均匀，同时各个流道间的气体分配也很均匀，从而使电堆反应活性区都能够均匀分配反应气体，有效提高燃料电池电堆的有效反应面积，从而提供燃料电池电堆的输出性能。另外，由于多孔结构层与具备气体传输的流场流道结构是连接在一起的，相当于直接去除传统燃料电池电堆流道区与气体扩散层间的接触电阻，能够减小电堆的欧姆极化。另外，本发明提供的气体扩散层前驱体的制备方法简单，原料来源广泛，可以有效降低燃料电池用气体扩散层的制备成本。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图4为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图5为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图6为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图7为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图8为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图9为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图10为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图11为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图12为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图13为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图；
图14为本发明提供的燃料电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种气体扩散层前驱体，包括：多孔结构层以及气体传输导向单元，所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，且所述第一端开设有气体入口，所述第二端开设有气体出口，所述气体传输导向单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同，且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。
本发明提供的气体扩散层前驱体主要分成两个部分，第一部分为多孔结构层，第二部分为气体传输导向单元。
本发明提供的气体扩散层前驱体包括多孔结构层，本发明提供的气体扩散层前驱体的多孔结构层起到反应气体纵向扩散进入催化层的作用。所述多孔结构层的厚度为1～799μm，优选为50～280μm。
本发明提供的气体扩散层前驱体还包括气体传输导向单元，所述气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构。
在本发明中，所述气体传输导向单元的内侧顶面由所述单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，且所述第一端与开设有气体入口，所述第二端开设有气体出口。
本发明对所述气体传输导向单元的内侧顶面的形状没有特殊限制，在所述气体传输导向单元的内侧的顶部由第一端向第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面即可。
在本发明的一些具体实施方式中，所述气体传输导向单元的内侧顶面为倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°。
在本发明的另一些具体实施方式中，所述气体传输导向单元的内侧顶面包括拱形顶面。所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为1°～89°，优选30°～60°。
在本发明的另一些具体实施方式中，所述气体传输导向单元的内侧顶面为阶梯形顶面，本发明对所述阶梯的形状并没有特殊限制。在本发明的一些具体实施方式中，所述阶梯形顶面包括多个平台以及多个连接相邻平台的支撑面，所述多个平台相平行并同时与所述多孔结构层平行，所述支撑面可以垂直于所述多孔结构层设置，也可以与所述多孔结构层呈一定角度设置，所述角度优选为1°～89°，更优选30°～60°。
所述气体传输导向单元的弯曲的壳体结构的在气流方向的相对的两端开设有气体入口以及气体出口。本发明对所述气体入口与所述气体出口的开口面积并没有特殊限制，能保证气流通过即可。在本发明的一些具体实施方式中，所述气体入口为开放式气体入口，所述气体出口为开放式气体出口，即所述气体传输导向单元的弯曲的壳体结构的侧壁以及顶面与多孔结构层的表面形成了气体传输的通道，开放的两端分别为气体入口和气体出口，所述气体入口的面积大于所述气体出口的面积。
在本发明中，多个所述气体传输导向单元的所述气体入口的朝向相同，且所述气体入口至所述气体出口的方向与气流方向一致。
所述气体传输导向单元的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，本发明对所述接触平面的面积并没有特殊限制，为了保证导电效果，尽量保证接触面积足够大。
本发明对所述多个气体传输导向单元的排列方式并没有特殊限制。在本发明的一些具体实施方式中，采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，各列的气体传输导向单元平行设置。
在本发明的另一些具体实施方式中，采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，间隔列的气体传输导向单元平行设置，相邻行的、且处于同一列的两个气体传输导向单元的中心连线与气流方向呈一定角度，且所述角度大于0°小于90°。
因此，所述多个气体传输导向单元之间在所述多孔结构层表面形成的通道也可以供气体通过，其作用让反应气体直接通过，使整个反应区域反应物分布均匀，同时有利于将多孔层产生的水迅速带出，避免出现传质极化。
参见图1～图7，图1～图7为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图。由图1～图7可知，在该具体实施方式中，所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，为拱形顶面，且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为上底边和下底边平行，两个侧边为弧形的形状；所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为一段圆弧。
参见图8～图13，图5～图13，为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图。由图5～图13可知，在该具体实施方式中，所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板或双极板的接触平面，所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，其截面为梯形顶面，且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为梯形；所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为梯形。其中，图13为只有一排的气体扩散层前驱体的立体结构示意图，从正视图的角度以方便看出气体扩散层前驱体的结构。
在本发明中，所述气体扩散层前驱体的厚度为自多孔结构层的下底面至所述气体传输导向单元的外部顶面中与用于接触隔板或双极板的接触平面的垂直距离。即所述多孔结构层的厚度与所述气体传输导向单元的高度之和。所述气体传输导向单元的高度为1～799μm，优选为200～500μm；所述气体扩散层前驱体的厚度为100～800μm，优选为200～600μm，更优选为300～500μm。
所述多孔结构层的材料的弹性模量与所述气体传输导向单元的材料的弹性模量之比为1：(1～100)，优选为1：(1～50)。
所述气体扩散层前驱体中多孔结构层的孔隙率≥70％。
所述多孔结构层的成分、体积密度、面密度、拉伸弹性模量、压缩弹性模量、热传导系数、电导率、接触电阻、孔隙率、Gurley值、最可几孔径可以与所述气体传输导向单元的材料完全相同，也可以不相同。
在本发明中，所述气体扩散层前驱体的材料为包括碳纤维的无纺布，在本发明中，所述包括碳纤维的无纺布是指由随机排列的碳纤维制备而成的无经纬线的层状材料。
本发明将气体扩散层设计成具有气体传输导向单元的立体结构，该气体传输导向单元的设计既可以产生垂直于扩散层多孔结构层的气体流动的强制对流，提高反应气体传质动能，又可以产生在强制对流的相反方向产生低压，对气体扩散层多孔层储存的水产生一个向气体传输导向单元的拖拽力，促进水的排出，避免出现水堵。另外，由于多孔结构层与具备气体传输的流场流道结构是连接在一起的，相当于直接去除传统燃料电池电堆流道区与气体扩散层间的接触电阻，能够减小电堆的欧姆极化。
本发明还提供了一种上述气体扩散层前驱体的制备方法，在制备前驱体之间，首选要准备制备具有气体扩散层结构的模具。
在本发明中，所述模具可以将气体扩散层前驱体的多孔结构层以及气体传输导向单元分别制备成独立的模具，或者直接制备成具有气体扩散层前驱体结构的模具，或者，只将气体扩散层前驱体的气体传输导向单元结构制备成模具。
具体的，气体扩散层前驱体的制备方法，包括以下步骤：
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体扩散层前驱体结构的模具中进行模压、碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。
本发明首先将碳纤维在有机溶剂中洗涤进行脱胶处理。
所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，优选为5～20μm；所述碳纤维的长度为1～20mm，优选为5～15mm。
接着，将碳纤维与粘合剂混合，鼓泡抄纸后干燥，得到碳纸前驱体。
所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯。所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)，优选为(0.4～0.8):(5～15)。
本发明对所述鼓泡抄纸以及干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
将所述碳纸前驱体置于具有气体扩散层前驱体结构的模具中进行模压，得到碳纤维原纸。
在进行模压前，优选将所述碳纸前驱体置于酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍，具有方法为：
用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次。
将浸渍之后的碳纸前驱体置于具有气体扩散层前驱体结构的模具中进行模压，所述模压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min。
接着，进行所述碳纤维原纸进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。
其中，所述碳化的程序为：
在保护气氛条件下，以5～15℃/min的升温速率升温至750～850℃，保持20～60min；
所述石墨化的程序为：
在真空度小于10Pa的条件下，以10～25℃/min的升温速率升温至2300～2900℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度60～120分钟。
或者，所述气体扩散层前驱体的制备方法，包括以下步骤：
在模具中制备出具有气体传输导向单元的结构，再将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，碳化和石墨化，得到气体扩散层多孔结构层，然后将两部分粘结，得到气体扩散层前躯体的气体传输导向单元。
本发明在模具中制备出具有气体传输导向单元的制备方法为：
将碳纳米管分散于溶剂中，再加入表面活性剂、分散剂以及稳定剂混合，得到分散液；
其中，所述溶剂选自丙酮；所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠；所述分散剂选自多巴胺，所述稳定剂选自苯邻二酚。
然后，将环氧树脂与溶剂混合，得到环氧树脂溶液；其中，所述溶剂选自丙酮。
将所述分散液与环氧树脂溶液混合，得到混合液。
然后，将溶解有固化剂的溶液与上述混合溶液混合搅拌，蒸发其中的溶剂，真空除泡，得到环氧树脂混合液。所述固化剂选自二氨基二苯基甲烷固化剂。
然后，在具有气体传输导向单元结构的模具中依次铺上一层碳纳米管纸，一层碳纤维布，一层碳纳米管纸，合上模具后，再向模具中注入上述环氧树脂混合液。
接着，将模具升温以5℃/min的升温速率，升温至90℃并保持2小时，然后升温至130℃并保持2小时，再升温至160℃并保持2小时，然后让模具自然冷却，得到气体扩散层前躯体。
或者，将碳纤维布先在上述环氧树脂混合液中浸润，取出后室温下晾干1小时。在具有气体传输导向单元结构的模具中铺上一层预浸润的碳纤维布，将模具升温以5℃/min的升温速率，升温至90℃并保持2小时，然后升温至130℃并保持2小时，再升温至160℃并保持2小时，然后让模具自然冷却，得到气体扩散层气体扩散层前躯体的气体传输导向单元。
采用上述制备方法制备得到的
所述多孔结构层按照如下方法进行制备：
本发明首先将碳纤维在有机溶剂中洗涤进行脱胶处理。
所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，优选为5～20μm；所述碳纤维的长度为1～20mm，优选为5～15mm。
接着，将碳纤维与粘合剂混合，鼓泡抄纸后干燥，得到碳纸前驱体。
所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯。所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)，优选为(0.4～0.8):(5～15)。
本发明对所述鼓泡抄纸以及干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
将所述碳纸前驱体置于具有多孔结构层的模具中进行模压。
在进行模压前，优选将所述碳纸前驱体置于酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍，具有方法为：
用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次。
将浸渍之后的碳纸前驱体分别置于具有多孔结构层结构的模具中进行模压，所述模压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min。
接着，将模压后的碳纸前驱体进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体的多孔结构层。
其中，所述碳化的程序为：
在保护气氛条件下，以5～15℃/min的升温速率升温至750～850℃，保持20～60min；
所述石墨化的程序为：
在真空度小于10Pa的条件下，以10～25℃/min的升温速率升温至2300～2900℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度60～120分钟。
最后，将上述制备得到的多孔结构层与气体传输导向单元复合粘结，得到气体扩散层前驱体，其中，按照上述方法制备得到的气体传输导向单元后续不需要进行疏水处理，仅将多孔结构层进行疏水处理即可。
或者，所述气体扩散层前驱体的制备方法，包括以下步骤：
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，再置于具有气体传输导向单元结构的模具中进行模压得到具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸；
将碳纤维与粘合剂混合后进行抄造，置于所述具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，复合进行模压，得到气体扩散层前驱体原纸；
将所述气体扩散层前驱体原纸进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。
本发明制备具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸，具体方法为：
首先将碳纤维在有机溶剂中洗涤进行脱胶处理。
所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，优选为5～20μm；所述碳纤维的长度为1～20mm，优选为5～15mm。
接着，将碳纤维与粘合剂混合，鼓泡抄纸后干燥，得到碳纸前驱体。
所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯。所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)，优选为(0.4～0.8):(5～15)。
本发明对所述鼓泡抄纸以及干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
将所述碳纸前驱体置于具有气体传输导向单元结构的模具中进行模压。
在进行模压前，优选将所述碳纸前驱体置于酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍，具有方法为：
用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次。
将浸渍之后的碳纸前驱体分别置于具有气体传输导向单元结构的模具中进行模压，所述模压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min。
本发明制备多孔结构层原纸的方法为：
首先将碳纤维在有机溶剂中洗涤进行脱胶处理。
所述碳纤维选自聚丙烯腈基碳纤维、纤维基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种，所述碳纤维的直径为1～25μm，优选为5～20μm；所述碳纤维的长度为1～20mm，优选为5～15mm。
接着，将碳纤维与粘合剂混合，鼓泡抄纸后干燥，得到多孔结构层原纸。
所述粘合剂选自酚醛树脂、聚乙烯醇或聚四氟乙烯。所述碳纤维与粘合剂的质量比为(0.2～1):(1～20)，优选为(0.4～0.8):(5～15)。
本发明对所述鼓泡抄纸以及干燥的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
然后，将所述多孔结构层前驱体原纸置于所述具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，复合进行模压，得到气体扩散层前驱体原纸。
模压前，将所述多孔结构层原纸置于酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍，具有方法为：
用将多孔结构层原纸置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次。
复合膜压的温度为155～160℃，所述模压的时间为6～8min。
得到气体扩散层前驱体原纸后，进行碳化和石墨化，得到气体扩散层前驱体。
其中，所述碳化的程序为：
在保护气氛条件下，以5～15℃/min的升温速率升温至750～850℃，保持20～60min；
所述石墨化的程序为：
在真空度小于10Pa的条件下，以10～25℃/min的升温速率升温至2300～2900℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度60～120分钟。
本发明还提供了一种气体扩散层，由上述气体扩散层前驱体经过疏水化处理以及涂覆微孔层得到。
本发明对所述疏水化处理以及涂覆微孔层的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。
本发明还提供了一种燃料电池，包括隔板或极板、气体扩散层、催化层和质子交换膜，所述气体扩散层为上述气体扩散层。
参见图14，图14为本发明提供的燃料电池的结构示意图。图14中，1部分结构表示质子交换膜，2部分结构表示催化层，3部分结构表示做过疏水处理和涂覆微孔层的气体扩散层，其中，3-1部分结构表示气体扩散层的气体传输导向单元(所述气体传输导向单元经过疏水处理或未经过疏水处理)，3-2部分结构表示气体扩散层的多孔结构层(经过疏水处理的多孔结构层)，所述微孔层位于3-2与2之间，未在图中显示，4部分结构代表隔板或者极板。
其中，所述燃料电池包括质子交换膜(1)，并以所述质子交换膜(1)为中心依次对称分布的催化层(2)、气体扩散层(3)以及隔板或极板(4)。所述气体扩散层的多孔结构层与所述催化层(2)相连。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的气体扩散层前驱体及其制备方法以及气体扩散层和燃料电池进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
取5g长度为10mm的聚丙烯腈基碳纤维(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于模具当中采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到碳纤维原纸。将碳纤维原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层前驱体。
参见图1～图7为本发明实施例1提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图。由图1～图7可知，在该实施例中所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与隔板的接触平面的接触面积为0.35mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，为拱形顶面，所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为45°。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为上底边和下底边平行，两个侧边为弧形的形状；气体入口截面面积为0.4mm2，所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为一段圆弧，气体出口的截面面积为0.2mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.32mm。
采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，间隔列的气体传输导向单元平行设置，相邻行的、且处于同一列的两个气体传输导向单元的中心连线与气流方向呈一定角度，且所述角度为45°。
制备出的碳纸(气体扩散层前驱体)厚度480μm(多孔结构层厚度182微米，气体传输导向单元的高度298微米，气体传输导向单元的压缩弹性模量7.5MPa，多孔结构层的压缩弹性模量7.5MPa)，多孔层结构的孔隙率72％。
实施例2
取长度为15mm和20mm的聚丙烯腈基碳纤维各2.5g(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于模具当中采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到碳纤维原纸。将碳纤维原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层前驱体。
参见图8～图13，图8～图13，为本发明实施例2提供的气体扩散层前驱体的立体结构示意图。由图5～图10可知，在该具体实施方式中，所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与隔板的接触平面的接触面积为0.30mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，所述气体传输导向单元的内侧顶面为倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为30°。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为梯形；所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为梯形。气体入口的面积为0.5mm2，气体出口的面积为0.3mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.60mm。
所述气体传输导向单元采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，各列的气体传输导向单元平行设置。
制备出的碳纸(气体扩散层前驱体)厚度510μm(多孔结构层厚度220微米，气体传输导向单元的高度290微米，气体传输导向单元的缩弹性模量5.2MPa，多孔结构层的压缩弹性模量5.2MPa)，多孔层结构部分孔隙率75％。
实施例3
取9.6g长度为10mm的聚丙烯腈基碳纤维(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.23％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于具有气体传输导向单元结构的模具当中采用160℃的热压温度，一次性热压6分钟得到具有气体传输导向单元结构的碳纤维原纸。
然后取5g长度为10mm的聚丙烯腈基碳纤维(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放在上述制备出的具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，合上模具，采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到气体扩散层前驱体原纸。
将气体扩散层前驱体原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层前驱体。
采用与实施例1相同的气体扩散层前驱体结构，仅改变一些具体的参数，在该实施例中所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与隔板的接触平面的接触面积为0.35mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，为拱形顶面，所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为45°。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为上底边和下底边平行，两个侧边为弧形的形状；气体入口截面面积为0.4mm2，所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为一段圆弧，气体出口的截面面积为0.2mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.32mm。
采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，间隔列的气体传输导向单元平行设置，相邻行的、且处于同一列的两个气体传输导向单元的中心连线与气流方向呈一定角度，且所述角度为45°。
制备出的碳纸(气体扩散层前驱体)厚度530μm(多孔结构层厚度150微米，气体传输导向单元的高度380微米，气体传输导向单元的压缩弹性模量10.2MPa，多孔结构层的压缩弹性模量7.5MPa)，多孔层结构孔隙率80％。
实施例4
取长度为15mm和20mm的聚丙烯腈基碳纤维各5.2g(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于模具当中采用160℃的热压温度，一次性热压6分钟得到气体扩散层具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸。
取长度为15mm和20mm的聚丙烯腈基碳纤维各2.5g(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放在上述制备出的具有气体传输导向单元结构部分的碳纤维原纸上部，合上模具，采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到碳纤维原纸。将碳纤维原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层前驱体。
采用与实施例2相同的气体扩散层前驱体结构，仅改变一些具体的参数，在该具体实施方式中，所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与的接触平面的接触面积为0.30mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，所述气体传输导向单元的内侧顶面为倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为梯形；所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为梯形。气体入口的面积为0.5mm2，气体出口的面积为0.3mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.60mm。
所述气体传输导向单元采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，各列的气体传输导向单元平行设置。
制备出的碳纸(气体扩散层前驱体)厚度550μm(多孔结构层厚度150微米，气体传输导向单元的高度400微米，气体传输导向单元的缩弹性模量9.3MPa，多孔结构层的压缩弹性模量5.2MPa)，多孔层结构部分的孔隙率75％。
实施例5
称取碳纳米管1g，加入到200mL丙酮溶液中，配置成0.5％质量含量的混合物，加入0.08g的十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，加入0.4g的多巴胺作为分散剂，加入0.5g的苯邻二酚作为稳定剂，将混合溶液搅拌均匀后放入1000W的超声清洗仪中分散30分钟。
称取200g环氧树脂(型号E-51)，加入200mL丙酮中，在1000W超声清洗仪中分散约30分钟。
将上述配置的两种预混的液体混合在一起，在转速10000r·min-1下高速剪切分散25min，进一步在1500W超声波持续时间30分钟得到均匀分散的混合液。
50g二氨基二苯基甲烷固化剂和100mL丙酮，搅拌使固化剂溶解后倒入上述制备得到的混合液中，在转速12000r·min-1下高速剪切分散20min。在60℃和机械搅拌辅助下，将分散好的悬浊液置于超声清洗仪中，蒸发其中的丙酮，最后将混合液放入预热后的真空干燥箱中，50℃下抽真空去除气泡约30min后，取出，得到环氧树脂混合液。
在具有气体传输导向单元结构的模具中依次铺上一层碳纳米管纸，一层111μm的碳纤维布(由13k丝束的T300编织)，一层碳纳米管纸，合上模具，缓慢注入上述环氧树脂混合液。将模具升温以5℃/min的升温速率，升温至90℃并保持2小时，然后升温至130℃并保持2小时，再升温至160℃并保持2小时，然后让模具自然冷却。制备结束。最后得到气体扩散层前躯体具有570μm厚度的气体传输导向单元结构部分。
取5g长度为10mm的聚丙烯腈基碳纤维(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于模具当中采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到碳纤维原纸。将碳纤维原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层的多孔层结构部分。
最后将得到的气体扩散层的气体传输导向单元结构部分与多孔层结构部分用导电胶黏剂粘接在一起。
采用与实施例1相同的气体扩散层前驱体结构，仅改变一些具体的参数，在该实施例中所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与隔板的接触平面的接触面积为0.35mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，为拱形顶面，所述拱形顶面的切面与所述多孔结构层的夹角为45°。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为上底边和下底边平行，两个侧边为弧形的形状；气体入口截面面积为0.605mm2，所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为一段圆弧，气体出口的截面面积为0.23mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.5mm。
采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，间隔列的气体传输导向单元平行设置，相邻行的、且处于同一列的两个气体传输导向单元的中心连线与气流方向呈一定角度，且所述角度为40°。
制备出的气体扩散层前驱体厚度752微米(多孔结构层厚度182微米，气体传输导向单元的高度570微米，气体传输导向单元的压缩弹性模量245MPa，多孔结构层的压缩弹性模量7.5MPa)，多孔层结构部分的孔隙率72％。
实施例6
称取碳纳米管1g，加入到200mL丙酮溶液中，配置成0.5％质量含量的混合物，加入0.08g的十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，加入0.4g的多巴胺作为分散剂，加入0.5g的苯邻二酚作为稳定剂，将混合溶液搅拌均匀后放入1000W的超声清洗仪中分散30分钟。称取200g环氧树脂(型号E-51)，加入200mL丙酮中，在1000W超声清洗仪中分散约30分钟。将上述配置的两种预混的液体混合在一起，在转速10000r·min-1下高速剪切分散25min，进一步在1500W超声波持续时间30分钟得到均匀分散的混合液。50g二氨基二苯基甲烷固化剂和100mL丙酮，搅拌使固化剂溶解后倒入环氧树脂溶液中，在转速12000r·min-1下高速剪切分散20min。在60℃和机械搅拌辅助下，将分散好的悬浊液置于超声清洗仪中，蒸发其中的丙酮，最后将混合液放入预热后的真空干燥箱中，50℃下抽真空去除气泡约30min后，取出，得到混合液。
将200μm的碳纤维布(由13k丝束的T800编织)先在上述混合液中浸润，取出后室温下晾干1小时。在具有气体传输导向单元结构的模具中铺上一层预浸润的碳纤维布，将模具升温以5℃/min的升温速率，升温至90℃并保持2小时，然后升温至130℃并保持2小时，再升温至160℃并保持2小时，然后让模具自然冷却。制备结束。最后得到气体扩散层前躯体具有540微米厚度的气体传输导向单元结构部分。
取长度为15mm和20mm的聚丙烯腈基碳纤维各2.5g(碳纤维的碳化温度为2300℃碳化程度为d002＝3.7235)，首先在丙酮溶液中洗涤，进行脱胶处理，然后将碳纤维加入浓度为0.13％的聚丙烯酰胺溶液中搅拌10分钟(所选聚丙烯酰胺的数均分子量为350万)，鼓泡抄纸得地碳纸前驱体并干燥。用将碳纸前驱体置于浓度为2％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍三次，然后再置于浓度为13％酚醛树脂-乙醇溶液中浸渍一次，然后将其放置于模具当中采用155℃的热压温度，一次性热压6分钟得到碳纤维原纸。将碳纤维原纸放置在炭化炉中，充入高纯氮气，以10℃/min的升温速率将炭化炉升温至800℃，并保持30min，后自然冷却至室温取出。将碳化后的碳纸放入石墨化炉中，抽真空至小于10Pa以下，以10℃/min的升温速率将石墨化炉升温至2400℃，同时充入氩气至0.9MPa，并保持温度90分钟，随后样品随炉温自然冷却，得到气体扩散层前驱体。
采用与实施例2相同的气体扩散层前驱体结构，仅改变一些具体的参数，在该具体实施方式中，所述气体扩散层前驱体中的气体传输导向单元为设置于所述多孔结构层表面的弯曲的壳体结构，所述壳体的外部顶面设有用于接触隔板的接触平面，单个气体传输导向单元与隔板的接触平面的接触面积为0.40mm2。
所述壳体的内侧顶面由所述气体传输导向单元的第一端至第二端方向上逐渐靠近所述多孔结构层表面，所述气体传输导向单元的内侧顶面为倾斜的平面，所述倾斜的平面由所述第一端至第二端的延长面与所述多孔结构层的夹角为30°。且所述第一端开设有气体入口，所述气体入口的截面形状为梯形；所述第二端开设有气体出口，所述气体出口的截面形状为梯形。气体入口的面积为0.54mm2，气体出口的面积为0.15mm2。所述气体传输导向单元的第一端至第二端的长度为0.69mm。
所述气体传输导向单元采用阵列式排列方式，各行的气体传输导向单元平行设置，各列的气体传输导向单元平行设置。
制备出的碳纸(气体扩散层前驱体)厚度760μm(多孔结构层厚度220微米，气体传输导向单元的高度540微米，气体传输导向单元的缩弹性模量221MPa，多孔结构层的压缩弹性模量5.2MPa)，多孔层结构部分的孔隙率74％。
实施例7～12
疏水处理方法：先将实施例1～4制备出的气体扩散层前驱体和实施例5～6制备出的气体扩散层多孔层部分放入烧杯中加入去离子水超声洗涤、烘干、称重。将烘干后的气体扩散层前驱体在质量百分数为1％的PTFE乳液中浸泡3～10min，取出后放在100℃的烘箱中干燥，反复操作若干次，至气体扩散层前驱体中的PTFE质量百分含量达到15％～25％，最后将处理后的气体扩散层前驱体放在氮气保护下的340℃烘箱中加热30min，完成疏水处理。
涂覆微孔层的方法：微孔层浆料的配制，用体积比为2:2:1的水、丙三醇、异丙醇的混合物作为溶剂，将XC-72碳粉与PTFE乳液按质量比为7:3的比例混合，用搅拌机搅拌30min，超声波震荡100min，分散乳化均质机均匀搅拌30min，制备形成混合均匀的糊状浆料。使用涂布机将微孔层浆料涂刮到做过疏水处理的气体扩散层前躯体材料的多孔结构一侧表面，每次涂刮厚度为5μm，刮涂过程中，每涂覆完一层浆液，需在100℃烘箱内蒸干溶剂后再进行下一层涂覆，反复上述步骤至碳粉载量为2mg/cm2，最后将处理后的气体扩散层前驱体放在氮气保护下的340℃烘箱中加热45～60min，完成涂覆。
实施例13
电池(性能测试)选用市售气体扩散层(SGL销售的名称为GDL 24BC，厚度235微米)作为对比样品，采用做过疏水处理并做过微孔层的实施例1制备出的样品做对照试验，选用同样的膜电极、石墨板极板制备出有效活性面积为50cm2的单电池，放到燃料电池评价台上进行评价。
燃料电池评价具体操作参数如下：1600mA/cm2电密下，电池温度为90℃，阴极和阳极气体增湿器温度为72℃，氢气出口压力为0.18MPa，空气出口压力约为0.16MPa，氢气化学计量比为2.0，空气化学计量比为2.0。
测试结果如下:使用市售气体扩散层(美国AvCarb销售GDL 24BC，厚度235微米)制备出的单电池在1600mA/cm2电密下的电压为0.31V，高频电阻为125mΩ·cm2。使用实施例1制备出的样品制备出的单电池在1600mA/cm2电密下的电压为0.58V，高频电阻为55mΩ·cm2。
实施例14
电池(性能测试)选用市售气体扩散层(SGL销售的名称为GDL 24BA，厚度190微米)作为对比样品，采用做过疏水处理并做过微孔层的样品做对照试验，选用同样的膜电极、石墨板极板制备出有效活性面积为50cm2的单电池，放到燃料电池评价台上进行评价。
燃料电池评价具体操作参数如下：1600mA/cm2电密下，电池温度为95℃，阳极气体增湿器温度为72℃，阴极不增湿，氢气出口压力为0.18MPa，空气出口压力约为0.16MPa，氢气化学计量比为2.1，空气化学计量比为1.7。
测试结果如下:使用市售气体扩散层(SGL销售的名称为GDL 24BA，厚度190微米)制备出的单电池在1600mA/cm2电密下的电压为0.34V，高频电阻为113mΩ·cm2。使用实施例4制备出的样品制备出的单电池在1600mA/cm2电密下的电压为0.61V，高频电阻为62mΩ·cm2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。