氢燃料电池气体扩散层生产的5个阶段

气体扩散层（GDL）是氢燃料电池重要的结构件之一，它在结构上直接连接着燃料电池极板和催化层，建立了从气体流道（毫米级）到催化剂（纳米级）之间的桥梁。

气体扩散层在燃料电池工作中不仅起着传输反应介质，排出电化学产物的作用，而且不断进行着热和电的传导。

气体扩散层(GDL)是由多孔、且非编织特性的碳基材组成，基材经过PTFE疏水处理后，涂布单层或多层的微孔层(MPL)，形成具有不同孔隙的多孔结构。

根据气体扩散层制作工艺中对碳纤维采用的粘接、纺织、成纸及热压等不同工艺，成品可以分为碳纸、碳布、碳毡等多种类产品。

气体扩散层生产的工艺流程可以概括为五个主要阶段，其中的每个阶段对扩散层最终的产品性能参数有着不同的影响。

1、纤维碳化阶段

有机聚合物经过纺丝和稳定之后通过高温热解形成碳纤维，热解在温度高达1100℃-1350℃的惰性气体中进行，材料释放出大量的氢气、氮气和氧气等气体，形成碳质量分数在90%以上的碳纤维制品。

2、造纸/织布阶段

将碳纤维进行分段剪切并在专门的溶液中进行分散，接着用类似造纸的工艺将碳纸成型，成型后的碳纸再经过树脂浸渍和硫化，这一阶段的工艺基本决定了碳纸的厚度、孔隙率以及孔隙分布的各项特性。

3、石墨化阶段

成型的气体扩散层被加热到2200℃-3000℃完成石墨化，这个阶段非常重要，通过石墨化以后扩散层会在导电、导热以及机械强度方面得到全面提升，而且扩散层的化学稳定性以及表面物理稳定性更强，因此石墨化的程度是一非常关键的标准。

4、疏水处理

这一阶段主要进行聚四氟乙烯溶液的浸渍、烘干以及烧结。燃料电池优化的核心就是水热管理，扩散层疏水处理对燃料电池工作过程中能够顺利排出生成的水，同时又不阻碍反应气体扩散起着很重要的作用。

5、微孔层涂布

最后通过喷涂、丝印或沉积的方法将微孔层乳液涂布在气体扩散层上，最终烧结形成气体扩散层，乳液的原料的配比对微孔层孔隙率以及疏水性能有着重要影响。

微孔层的孔隙率远低于基底层，而气体扩散层的透气系数由微孔层决定；因此，微孔层透气系数的变化决定着气体扩散层的透气系数。