具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以A和/或B为例，包括A技术方案、B技术方案，以及A和B同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本实施例提供了一种气体扩散层材料的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：

S100，将碳系材料、高分子聚合物以及溶剂按照预设比例混合均匀，得到混合后的浆料。

其中，使用高速分散机对混合后的碳系材料、高分子聚合物以及溶剂进行分散，得到分散后的浆料，其中，高速分散机的分散线速度为25 m/s ~125m/s，分散时间为0.5 h ~6h。高速分散机的分散线速度为25 m/s ~125m/s，能够避免因高速分散机的分散线速度过慢而导致碳系材料和高分子聚合物分散不均匀，使得碳系材料和高分子聚合物沉淀在溶剂的底部，造成后续浸入浆料中的碳纤维制品的上部无法被浆料中的碳系材料和高分子聚合物填充。同时能够避免因高速分散机的分散线速度过快而导致高速分散机的能耗较高。高速分散机的分散时间为0.5 h ~6h，能够避免因高速分散机的分散时间过短而导致碳系材料和高分子聚合物分散不均匀，使得碳系材料和高分子聚合物沉淀在溶剂的底部，造成后续浸入浆料中的碳纤维制品的上部无法被浆料中的碳系材料和高分子聚合物填充。同时能够避免因高速分散机的分散时间过长而导致高速分散机的能耗较高。

优选地，分散线速度为50 m/s ~100m/s，分散时间为1 h ~4h。

S200，将碳纤维制品放入浆料中进行浸渍处理。通过浸渍处理能够使浸入浆料中的碳纤维制品被浆料中的碳系材料和高分子聚合物均匀填充，使得后续制备的气体扩散层材料的孔隙能够分布均匀，从而保证燃料电池的性能。

具体地，将碳纤维制品放入浆料中浸渍1s~90s。如此设置，能够避免因碳纤维制品放入浆料的时间过短而导致碳纤维制品无法被含有碳系材料和高分子聚合物的浆料充分填充，造成气体扩散层材料的孔隙分布不均匀。同时能够避免因碳纤维制品放入浆料的时间过长，从而影响气体扩散层材料的生产效率。

将浸渍后的碳纤维制品取出沥干。通过沥干处理能够使浆料中的碳系材料和高分子聚合物充分进入碳纤维制品中，使得后续制备的气体扩散层材料的孔隙能够分布更加均匀。

S300，对浸渍后的碳纤维制品进行干燥处理。

具体地，在50℃~150℃的温度条件下对浸渍后的碳纤维制品干燥5min-30min。干燥处理的温度为50℃~150℃，能够避免因干燥处理的温度过低而导致碳纤维制品干燥的时间较长，从而影响气体扩散层材料的生产效率；同时能够避免因干燥处理的温度过高而导致碳纤维制品的表面容易结膜，使得碳纤维制品内的溶剂无法被干燥，从而影响气体扩散层材料的良品率。干燥处理的时间为5min-30min，能够避免因干燥处理的时间过短而导致碳纤维制品干燥不完全，从而影响气体扩散层材料的性能；同时能够避免因干燥处理的时间过长而影响气体扩散层材料的生产效率。

S400，对干燥后的碳纤维制品进行热处理。

具体地，在200℃~400℃的温度条件下对干燥后的碳纤维制品处理3 min -30min。热处理的温度为200℃~400℃，能够避免因热处理的温度过低而导致碳纤维制品的反应不完全，从而影响气体扩散层材料的性能；同时能够避免因热处理的温度过高而导致碳纤维制品燃烧。热处理的时间为3 min -30min，能够避免因热处理的时间过短而导致碳纤维制品的反应不完全，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因热处理的时间过长而影响气体扩散层材料的生产效率。

S500，对热处理后的碳纤维制品进行高温碳化处理，得到气体扩散层材料。

具体地，在1000℃~2000℃的温度条件下对热处理后的碳纤维制品碳化0.2h~2h。碳化处理的温度为1000℃~2000℃，能够避免因碳化处理的温度过低而导致碳纤维制品的反应不完全，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳化处理的温度过高而导致碳化炉能耗过高。碳化处理的时间为0.2h~2h，能够避免因碳化处理的时间过短而导致碳纤维制品的反应不完全，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳化处理的时间过长而导致碳化炉能耗过高。

本实施例通过将碳纤维制品放入浆料中进行浸渍处理，以使浸入浆料中的碳纤维制品能够被含有碳系材料和高分子聚合物的浆料充分填充，使得经过干燥处理、热处理以及高温碳化后的气体扩散层材料的孔隙能够分布均匀，从而保证燃料电池的性能。

碳系材料为石墨、碳黑、石墨烯以及碳纳米管中的一种或多种。

石墨为人造石墨和天然石墨中的一种或两种。

石墨的粒径为0.1μm~40μm，如此设置，能够避免因石墨的粒径过小而导致碳纤维制品的孔隙被石墨完全堵住，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因石墨的粒径过大而导致碳纤维制品的孔隙中没有石墨，从而影响气体扩散层材料的性能。

优选地，石墨的粒径为0.2μm~10μm。

石墨的结晶度大于90%，如此设置，能够避免因石墨的结晶度过小而导致气体扩散层材料的导电性较差。

石墨的灰分小于2%。如此设置，能够避免因石墨的灰分过大而影响气体扩散层材料的性能。灰分相当于石墨中的杂质。

碳黑的比表面积为2m²/g~100m²/g，如此设置，能够避免因碳黑的比表面积过小而导致碳黑的颗粒较大，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳黑的比表面积过大而导致炭黑的分散性较差，使得炭黑容易完全堵住碳纤维制品的孔隙。

优选地，碳黑的比表面积为10m²/g~80m²/g。

碳黑的灰分小于0.5%，如此设置，能够避免因碳黑的杂质过多而影响气体扩散层材料的性能。

碳黑的粒径为20nm~500nm，如此设置，能够避免因碳黑的粒径过大而导致碳黑无法填充进碳纤维制品的细小孔隙中，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳黑的粒径过小而导致浆料无法得到有效分散，从而影响浸渍效果。

石墨烯的层数小于10层。如此设置，能够避免因石墨烯的层数过多而导致气体扩散层材料的导电性较差。

石墨烯的面积为0.2μm~5.0μm。如此设置，能够避免因石墨烯的面积过大而导致碳纤维制品的孔隙中没有石墨烯，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因石墨烯的面积过小而导致碳纤维制品的孔隙被石墨烯完全堵住，从而影响气体扩散层材料的性能。

优选地，石墨烯的面积为0.5μm~4.0μm。

碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

碳纳米管的长度为0.2μm~200μm，如此设置，能够避免因碳纳米管的长度过短而导致碳纳米管无法连接其他颗粒，使得气体扩散层材料的导电性较差。同时能够避免因碳纳米管的长度过长而导致碳纳米管的分散性较差，使得碳纳米管无法附着在碳纤维制品上，从而影响浸渍效果。

优选地，碳纳米管的长度为1μm~100μm。

溶剂在浆料中的含量为75%~95%，如此设置，能够避免因浆料中的溶剂含量过小而导致碳纤维制品的孔隙被碳系材料和高分子聚合物完全堵住，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因浆料中的溶剂含量过大而导致碳纤维制品中的孔隙不能被碳系材料和高分子聚合物有效填充，从而影响气体扩散层材料的性能。

碳系材料在碳系材料和高分子聚合物中的占比为30~70%，如此设置，能够避免因碳系材料在碳系材料和高分子聚合物中的占比过小而导致碳纤维制品中的孔隙不能被碳系材料有效填充，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳系材料在碳系材料和高分子聚合物中的占比过高而导致碳纤维制品的孔隙被碳系材料完全堵住，从而影响气体扩散层材料的性能。

高分子聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酰胺以及聚乙烯醇中的一种或多种。

聚乙烯吡咯烷酮中的氮含量为10%~13%，聚乙烯吡咯烷酮的K值为15、17、25、30或90。其中，K表示高分子聚合物的分子量，不同的K值对应不同的分子量。

优选地，聚乙烯吡咯烷酮的K值为17、25或30。

聚乙二醇为聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇6000或者聚乙二醇12000。

聚丙烯酰胺的分子量为50万~600万，如此设置，能够避免因聚丙烯酰胺的分子量过小而导致聚丙烯酰胺在碳系材料和碳纤维制品上的附着力较小，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因聚丙烯酰胺的分子量过大而导致聚丙烯酰胺的溶解度较低及浆料粘度太高，从而影响浸渍效果。

优选地，聚丙烯酰胺的分子量为200万~400万。

聚乙烯醇的分子量为0.8万~30万，如此设置，能够避免因聚乙烯醇的分子量过小而导致聚乙烯醇在碳系材料和碳纤维制品上的附着力较小，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因聚乙烯醇的分子量过大而导致聚乙烯醇的溶解度较低及浆料粘度太高，从而影响浸渍效果。

优选地，聚乙烯醇的分子量为1.6万~20万。

溶剂为水、乙醇以及N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

碳纤维制品包括碳纸、碳毡或者碳布。

碳纤维制品的厚度为30μm~400μm，如此设置，能够避免因碳纤维制品的厚度过薄而导致碳纤维制品的机械性较差，从而影响气体扩散层材料的性能。同时能够避免因碳纤维制品的厚度过厚而导致气体扩散层材料的透气性较差，从而影响气体扩散层材料的性能。

优选地，碳纤维制品的厚度为50μm~200μm。

碳纤维制品的碳纤维质量百分数大于60%。如此设置，能够避免因碳纤维制品的碳纤维质量百分数过小而导致碳纤维制品中的碳含量较小，使得气体扩散层材料的导电性较差。

优选地，碳纤维制品的碳纤维质量百分数大于80%。

碳纤维制品中的碳纤维体积占比为40%~95%。如此设置，能够避免因碳纤维制品的碳纤维质量百分数占比过小而导致碳纤维制品中的碳含量较小，使得气体扩散层材料的导电性较差。

在一个实施例中，提供了一种气体扩散层材料，气体扩散层材料的面密度为25g/m²~65g/m²，厚度为70μm~250μm。

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

实施一：

取1.5g天然石墨和1.5g碳黑，再取3.5g聚乙烯吡咯烷酮和3.5g聚乙二醇400，向混合均匀后的天然石墨和碳黑中加入100g水和90g乙醇。其中，天然石墨的粒径为2μm、结晶度为95%、灰分小于2%。碳黑的比表面积为10g/m²、灰分小于0.5%、粒径为50nm。聚乙烯吡咯烷酮中的氮含量为10%、K值为15。聚乙二醇为聚乙二醇400。

使用高速分散机对混合后的天然石墨、碳黑、聚乙烯吡咯烷酮、水、聚乙二醇以及乙醇进行分散，得到分散后的浆料，其中，高速分散机的分散线速度为20m/s，分散时间为1h。

将碳纸浸入分散后的浆料中浸渍1s，取出沥干。其中，碳纸的厚度为50μm，碳纸的碳纤维质量百分数为65%，碳纸中的碳纤维体积占比为95%。

在50℃的温度条件下对沥干后的碳纸进行干燥处理，干燥时间为15min；然后在200℃的温度条件下对干燥后的碳纸进行热处理，热处理时间为5min；然后用碳化炉对热处理后碳纸的进行碳化，碳化温度为1000℃，碳化时间为2h，保护气氛为氮气。

本实施例得到的气体扩散层材料的面密度为25g/m²、厚度为100μm。将本实施例得到的气体扩散层材料制备成气体扩散层并组装成燃料电池，测试结果如图2所示。

实施例二：

取7.5g人造石墨和7.5g单壁碳纳米管，再取7.5g聚乙烯吡咯烷酮和7.5g聚丙烯酰胺，向混合均匀后的人造石墨和单壁碳纳米管中加入150g水和20g N-甲基吡咯烷酮。其中，人造石墨的粒径为5μm、结晶度为98%、灰分小于2%；单壁碳纳米管的长度为50μm；聚乙烯吡咯烷酮中的氮含量为12%、K值为25；聚丙稀酰胺分子量为300万。

使用高速分散机对混合后的人造石墨、单壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、水以及N-甲基吡咯烷酮进行分散，其中，高速分散机的分散线速度为75m/s，分散时间为2.5h。

将碳纸浸入分散后的浆料中浸渍50s，取出沥干。其中，碳纸的厚度为125μm，碳纸的碳纤维质量百分数为80%，碳纸中的碳纤维体积占比为65%。

在100℃的温度条件下对沥干后的碳纸进行干燥处理，干燥时间为10min；然后在300℃的温度条件下对干燥后的碳纸进行热处理，热处理时间为18min；然后用碳化炉对热处理后碳纸的进行碳化，碳化温度为1500℃，碳化时间为1.2h，保护气氛为氩气。

本实施例得到的气体扩散层材料的面密度为45g/m²、厚度为150μm。将本实施例得到的气体扩散层材料制备成气体扩散层并组装成燃料电池，测试结果如图3所示。

实施例三：

取30g人造石墨和5g石墨烯，再取7.5g聚乙烯吡咯烷酮和7.5g聚乙烯醇，向混合均匀后的人造石墨和石墨烯中加入150g水。人造石墨的粒径为10μm、结晶度为99%、灰分小于2%。石墨烯的层数小于10层、片尺寸为2μm。聚乙烯吡咯烷酮中的氮含量为13%、K值为90。聚乙烯醇分子量为10万。

使用高速分散机对混合后的人造石墨、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇以及水进行分散，得到分散后的浆料，其中，高速分散机的分散线速度为20m/s，分散时间为1h。

将碳纸浸入分散后的浆料中浸渍90s，取出沥干。其中，碳纸的厚度为200μm，碳纸的碳纤维质量百分数为95%，碳纸中的碳纤维体积占比为40%。

在150℃的温度条件下对沥干后的碳纸进行干燥处理，干燥时间为15min；然后在400℃的温度条件下对干燥后的碳纸进行热处理，热处理时间为30min；然后用碳化炉对热处理后碳纸的进行碳化，碳化温度为2000℃，碳化时间为2h，保护气氛为氮气。

本实施例得到的气体扩散层材料的面密度为25g/m²、厚度为100μm。将本实施例得到的气体扩散层材料制备成气体扩散层并组装成燃料电池，测试结果如图4所示。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。