CN103956505A - 一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用 - Google Patents

一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用。该气体扩散层包括碳纸基底和微孔层，所述微孔层由紧邻碳纸基底的第一疏水层，亲水层及紧邻催化层的第二疏水层依次相叠构成；所述亲水层的厚度h2为第一疏水层厚度h1的1.5～2.5倍，第二疏水层的厚度h3为第一疏水层厚度h1的2.5～3.5倍。使用这种气体扩散层能够很好的保水，减少液态水的挥发，使膜能够在低湿度条件下保持相对水合状态。使用该气体扩散层制备的膜电极能够用于自加湿电堆，尤其是应用于风冷电堆的阴极侧来改善保水自增湿效果。

Description

一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其涉及一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用，使用该气体扩散层组装的MEA能够很好耐受低湿度工作环境，适用于自增湿电堆，尤其是风冷电堆。
背景技术
对自加湿膜电极的研究制备可以为未来风冷电堆的应用普及提供强有力的基础保障，对燃料电池备用电源基站的发展具有重要意义。
质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)因能量密度高、启动快、洁净无污染而受到研究者的关注。对于商业用车等大输出功率的PEMFC，一般采用外部加湿而且用冷却水进行水冷，并有外部高压的***进行操作，其***十分复杂。然而要实现燃料电池的真正商业化就必须要简化复杂的操作***，不断的减少价格成本，增加PEMFC的功率质量比。
为了能够达到上述这些要求，能耐低湿度的燃料电池成为了现在研究热点，希望能够通过一些条件的改善尤其是使用自加湿的膜电极，从而去掉复杂的加湿子***，成为便携的移动发电装置，而不是占体积巨大的发电***。目前，在很多备用电源的基站里面，需要很多用于小功率的PEMFC来进行***供电，具有十分广阔的市场。这样常压工作的空冷自加湿燃料电池电堆以及***就非常适用，其技术也十分简单，但其唯一的难点就是所用的膜电极必须是自加湿。
空冷自加湿燃料电池与一般的水冷加湿型PEM燃料电池不同，空冷电堆使用阳极dead-end处理，排气方式为间歇式的放气(purge)这样可以提高阳极侧氢气的利用效率，也可以提高阳极侧的相对湿度；阴极侧采用开放式的阴极结构，通过风扇吸气造成负压，同时为风冷电堆提供反应气体(空气)和保持电堆正常工作温度的功能，阴极过量系数比传统水冷型质子交换膜燃料电池大20-40倍。电堆阴极侧的产物水是维持电池工作的唯一水源，因此在空冷电堆中，水管理要求比一般质子交换膜燃料电池更加严格。因此具有保水功能的膜电极的研究变成了如今的重中之重，而气体扩散层的改进更是热点。
发明内容
本发明旨在提供一种具有保水性的燃料电池气体扩散层及其制备方法和膜电极组件及应用。使用这种气体扩散层能够很好的保水，减少液态水的挥发，使膜能够在低湿度条件下保持相对水合状态。使用该气体扩散层制备的膜电极能够用于自加湿电堆，尤其是应用于风冷电堆的阴极侧来改善保水自增湿效果。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种具有保水性的燃料电池气体扩散层，其包括碳纸基底和微孔层，其特征在于，所述微孔层由紧邻碳纸基底的第一疏水层，亲水层及紧邻催化层的第二疏水层依次相叠构成；所述亲水层的厚度h2为第一疏水层厚度h1的1.5～2.5倍，第二疏水层的厚度h3为第一疏水层厚度h1的2.5～3.5倍。
上述方案中，所述碳纸基底的厚度为0.25～0.35mm。
上述方案中，所述第一疏水层的厚度h1为0.05～0.07mm；亲水层的厚度h2为0.08～0.17mm；第二疏水层的厚度h3为0.13～0.24mm。
上述方案中，所述亲水层含有亲水高聚物，所述的亲水高聚物包括聚乙烯醇，聚苯胺或全氟磺酸树脂中的一种或两种以上的混合。
上述方案中，所述亲水高聚物为全氟磺酸树脂。
上述方案中，当电池运行的湿度在20％～40％时，亲水层中全氟磺酸树脂的质量百分含量15～25％；当电池运行的湿度不超过20％时，亲水层中全氟磺酸树脂的质量百分含量为35～45％。
上述方案中，所述碳纸本身疏水度为25％～35％。
上述方案中，所述第一疏水层及第二疏水层中均含有疏水高聚物及石墨化碳粉，所述的疏水高聚物为聚四氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯；其中第一疏水层和第二疏水层的疏水度均为15％～25％。
上述方案中，所述石墨化碳粉的碳含量＞99.5％，晶体粒径0.015～0.02mm。
上述燃料电池气体扩散层的制备方法，它包括以下步骤：
1)对碳纸基底进行疏水处理；
2)配制亲水层溶液，所述亲水层溶液由亲水高聚物、碳粉以及水混合后制得；
3)配制相同的第一疏水层和第二疏水层溶液，所述第一疏水层和第二疏水层溶液均由聚四氟乙烯乳液和石墨化碳粉及水混合而得；
4)将第一疏水层涂覆于碳纸基底上于350～380℃烧结20-30min；再将亲水层溶液涂覆于第一疏水层上，80℃～140℃烧结20-30min；最后将第二疏水层涂覆于亲水层上于350～380℃烧结20-30min，得到所述具有保水性的燃料电池气体扩散层。
一种用于燃料电池的膜电极组件，其包括气体扩散层，所述气体扩散层为上述燃料电池气体扩散层。
上述燃料电池气体扩散层在空冷自增湿质子交换膜燃料电池中的应用。
针对这种气体扩散层的结构，做以下说明：
1.对于所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于“三明治”型的亲疏水结构。本专利选择这种结构，是跟多孔介质的水气两相传输机理密切相关的。如图1所示，为液态水在亲疏水孔中的传输特性，对于亲水孔液相更容易进入小孔，对于疏水孔液相更容易进入大孔。如图2所示为孔径与材料亲疏水性以及水饱和压力的关系(r＞0为疏水孔；r＜0为亲水孔)，可以看出，气态水的挥发速率跟孔径大小有很大关系，以半径的平方倍来挥发，亲水层的水饱和压力一定低于疏水层，气态水易凝结在亲水孔中而保水。综上分析，第二疏水层(c)邻近催化层，采用石墨化碳粉混合疏水高聚物制备。燃料电池催化层内的产物水为气态水，采用石墨化的碳粉之后颗粒的粒径更小，气相不容易挥发，所以气态水更容易液化停留在催化层上，保持膜的湿润和水合性，而且用疏水孔是让液态水也不容易穿过；亲水层(b)在中间部分，目的使第二疏水层(c)扩散出来的水能够尽可能冷凝在孔中，而只有使用亲水孔能达到这样的效果；第一疏水层(a)紧邻碳纸，采用石墨化碳粉混合疏水高聚物制备的疏水层，进行水分的进一步保护。这样组合的“三明治”型微孔层保水效果根据理论分析和试验验证效果最佳。
2.对于所述的燃料电池气体扩散层，其构成微孔层的亲水层(b)的厚度h2为第一疏水层(a)厚度h1的1.5～2.5倍，第二疏水层(c)的厚度h3为第一疏水层(a)厚度h1的2.5～3.5倍；优选的，所涂覆的第一疏水层(a)，亲水层(b)，第二疏水层(c)的厚度比例为1：2：3。每一层的厚度均有相应的要求，第一疏水层(a)的厚度h1为0.05～0.07mm；亲水层(b)的厚度h2为0.08～0.17mm；第二疏水层(c)的厚度h3为0.13～0.24mm，这个厚度是跟燃料电池需要工作的湿度相关的。在加湿度最低的条件下所需各个亲疏水层的厚度均为规定的最大值，这样保水性能最好。厚度按比例越厚，其保水耐低湿的效果越好。在一般情况下，第一疏水层(a)的厚度h1为0.07mm，亲水层(b)的厚度h2为0.14mm，第二疏水层(c)的厚度h3为0.21mm时可以耐20％以及更低的低湿度，但气体透过性一般，但在风冷电堆中，由于阴极大过量系数，所以第一疏水层(a)的厚度h1为0.06mm，亲水层(b)的厚度h2为0.12mm，第二疏水层(c)的厚度h3为0.18mm时可以基本耐30％的低湿度，透气性尚可；第一疏水层(a)的厚度h1为0.05mm，亲水层(b)的厚度h2为0.10mm，第二疏水层(c)的厚度h3为0.15mm时可以耐40％的低湿度，透气性良好。耐低湿度的碳纸不是越厚越好，所刷的微孔层各层的厚度也不是越厚越好，按照前文的叙述为最佳的低加湿保水厚度。在风冷电堆中的阴极侧，由于其是敞开结构，过量系数大，因此采用大厚度的碳纸和微孔层为最佳选择。
3.对于碳纸厚度，我们的要求为0.25mm～0.35mm。对于质子交换膜燃料电池普遍使用的碳纸厚度相差比较大，有薄碳纸小于0.2mm，其中包括日本东丽碳纸和日本三菱碳纸，其厚度均在0.2mm左右；但也有相对厚度大的碳纸在0.3mm左右，为了能够更好的保水以及和微孔层的匹配，本发明专利选择0.3mm左右的厚碳纸。
4.制备的亲水层(b)含有亲水高聚物，所述的亲水高聚物包括聚乙烯醇(PVA)，聚苯胺(PANI)或全氟磺酸树脂中的一种或两种以上的混合；亲水高聚物的选择至关重要，不同的含亲水高聚物的溶液会有不同的效果。常用的亲水高聚物有甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇(PVA)，聚苯胺(PANI)，本发明专利优选使用全氟磺酸树脂作为亲水层溶液中的亲水高分子。涂覆亲水层的溶液包括亲水的全氟磺酸树脂溶液，商用碳粉(也可称为炭黑)以及去离子水。根据电池工作的湿度要求，需要配置质量分数为15％～25％和35％～45％的亲水全氟磺酸树脂。在相对低湿条件下(20％～40％)，所用亲水层的全氟磺酸树脂(固含量5％)质量百分含量为15％～25％就能达到要求；但对于极度低加湿条件下(＜20％)，所用亲水层的全氟磺酸树脂(固含量8％～10％)质量百分含量要达到35～45％；亲水层溶液的喷涂效果好，亲水层的烧结温度为80℃～140℃，烧结时间为20～30min。其中在配置亲水高聚物为质量百分含量为20％的亲水层溶液时，商用的全氟磺酸树脂能够很好的和碳粉混合，如比例为1g商用全氟磺酸树脂溶液(固含量5％)，加上0.2g普通商用碳粉，0.5g去离子水；配置质量百分含量为40％的亲水层溶液时，商用全氟磺酸树脂却不能很好的和碳粉混合，需要进行浓缩，故需要在90℃下加热搅拌两个小时，采用蒸发浓缩的方式，此时加入相应比例的去离子水，比例为1g浓缩后的全氟磺酸树脂溶液(固含量10％)，加上0.15g普通商用碳粉以及0.2g去离子水，搅拌均匀后可以进行喷涂，最后烧结。其中亲水高聚物为质量百分含量为20％和40％的亲水层溶液指的是全氟磺酸树脂干物质占亲水层溶液中干物质总质量的20％和40％。
5.碳纸本身疏水度为30％，碳纸本身使用大疏水利于气体扩散层的保水，将聚四氟乙烯乳液(质量浓度为80％)稀释到15％，然后将厚碳纸(0.25-0.35mm)放入所配置的聚四氟乙烯(PTFE)乳液中8min后取出，在空气中晾置10min，然后放入100℃的烘箱中烘干处理20min，得到经预处理的碳纸。其中碳纸疏水度的计算方式为，裸碳纸的质量为m1，放入PTFE乳液中并且烘干处理后的质量为m2，疏水度为(m2-m1)/m1。
6.第一疏水层(a)及第二疏水层(c)含有疏水高聚物，所述的疏水高聚物包括聚四氟乙烯(PTFE)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚乙烯(PE)；本发明专利的疏水层使用的是聚四氟乙烯(PTFE)，其中两层疏水层的PTFE疏水度均为15％～25％，15％或者25％的疏水度指的是干聚四氟乙烯(PTFE)占疏水层溶液中干物质总质量的15％或者25％；疏水层的烧结温度为350℃～380℃。其中与之混合的载体在现有技术中通常是使用的商用普通碳粉，均是颗粒状结构；而本专利使用的是石墨化碳粉，是普通碳粉经过石墨化处理的层状结构，粒径更细，颗粒更小。其中所选取的石墨粉需要达到的要求为固定碳含量＞99.5％；密度0.7g/cm3；晶体粒径0.015～0.02mm。
本发明的有益效果为：使用本发明的气体扩散层能够很好的保水，减少液态水的挥发，使膜能够在低湿度条件下保持相对水合状态。使用该气体扩散层制备的膜电极能够用于自加湿电堆，尤其是应用于风冷电堆的阴极侧来改善保水自增湿效果。
附图说明
图1为液态水在亲疏水孔中的传输特性图。
图2为孔径与材料亲疏水性以及水饱和压力的关系图。
图3为本发明的气体扩散层的结构图。
图4为实施例1、2和3以及比较例1、2和3的电池性能对比图。
图5为实施例1以及比较例4、5的电池性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例阐明本发明的内容。对于本领域的技术人员来说，不难看出本发明具有许多改进和替代形式，只要它们不背离本发明的范围和原理，应当理解，本发明不受下列示例性实施方式的限制。
实施例1
本实施例提供一种具有保水性的燃料电池气体扩散层的制备方法，其包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯乳液(质量浓度为80％)稀释到15％，然后将碳纸0.35mm厚放入所配置的聚四氟乙烯(PTFE)乳液中8min后取出，在空气中晾置10min，然后放入100℃的烘箱中烘干处理20min，得到经预处理的疏水度为30％的疏水碳纸，备用；
2)将固含量为10％的全氟磺酸树脂(Dupond公司的Nafion PFSA5％Dispersions D520)溶液18.00g，碳粉2.7g，去离子水3.6g，配成亲水层溶液，备用；所述全氟磺酸树脂的质量百分含量为40％；
3)将聚四氟乙烯乳液稀释到质量分数20％，取6.88g石墨化碳粉，870ml去离子水，在常温下静置60min，然后加入8.6gPTFE乳液和60ml去离子水配成疏水层溶液，备用；此时疏水层的疏水度为20％；
4)将第一疏水层涂覆于碳纸基底上于350℃烧结30min；再将亲水层溶液涂覆于第一疏水层上，140℃烧结20min；最后将第二疏水层涂覆于亲水层上于350℃烧结30min，得到所述具有保水性的燃料电池气体扩散层。如图1所示，微孔层结构为“三明治”型：第一疏水层(a)，亲水层(b)，第二疏水层(c)；其中第一疏水层(a)所刷厚度为0.06mm，亲水层(b)厚度为0.12mm，第二疏水层(c)的厚度为0.18mm，微孔层总厚度0.36mm；(h1：h2：h3＝1：2：3)。
将所制得的气体扩散层与CCM(GORE.INC.，PRIMEASeries5510)组装电池进行测试，组装MEA，用燃料电池测试***G50测试，电池测试条件是：MEA的Pt载量为0.4mg/cm2，电池测试温度为65℃，氢气和空气的相对湿度均为20％，氢气和空气压力均为常压，蛇状气体流场，活性面积为25cm2，测试条件的过量系数为1.5/30的电池性能见图4。测试条件的过量系数为1.5/2.5的电池性能见图5。
实施例2
本实施例提供一种具有保水性的燃料电池气体扩散层的制备方法，其包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯乳液(质量浓度为80％)稀释到15％，然后将碳纸0.35mm厚放入所配置的聚四氟乙烯(PTFE)乳液中8min后取出，在空气中晾置10min，然后放入100℃的烘箱中烘干处理20min，得到经预处理的疏水度为30％的疏水碳纸，备用；
2)将固含量为10％的全氟磺酸树脂(Dupond公司的Nafion PFSA5％Dispersions D520)溶液18.00g，碳粉7.2g，去离子水3.6g，配成亲水层溶液，备用；所述全氟磺酸树脂的质量百分含量为20％；
3)将聚四氟乙烯乳液稀释到质量分数20％，取6.88g石墨化碳粉，870ml去离子水，在常温下静置60min，然后加入8.6gPTFE乳液和60ml去离子水在350摄氏度烧结30分钟，配成疏水层溶液，备用；此时疏水层的疏水度为20％；
4)将第一疏水层涂覆于碳纸基底上于380℃烧结20min；再将亲水层溶液涂覆于第一疏水层上，80℃烧结30min；最后将第二疏水层涂覆于亲水层上于380℃烧结20min，得到所述具有保水性的燃料电池气体扩散层。如图1所示，微孔层结构为“三明治”型：第一疏水层(a)，亲水层(b)，第二疏水层(c)；其中第一疏水层(a)所刷厚度为0.06mm(请修改)，亲水层(b)厚度为0.10mm，第二疏水层(c)的厚度为0.19mm，微孔层总厚度0.35mm；(h1：h2：h3＝1：1.7：3.2)。
将所制得的气体扩散层与CCM(GORE.INC.，PRIMEASeries5510)组装电池进行测试，组装MEA，用燃料电池测试***G50测试，电池测试条件是：MEA的Pt载量为0.4mg/cm2，电池测试温度为65℃，氢气和空气的相对湿度均为20％，氢气和空气压力均为常压，蛇状气体流场，活性面积为25cm2，测试条件的过量系数为1.5/30，电池性能见图4。
实施例3
本实施例提供一种具有保水性的燃料电池气体扩散层的制备方法，其包括以下步骤：
1)将聚四氟乙烯乳液(质量浓度为80％)稀释到15％，然后将碳纸0.35mm厚放入所配置的聚四氟乙烯(PTFE)乳液中8min后取出，在空气中晾置10min，然后放入100℃的烘箱中烘干处理20min，得到经预处理的疏水度为30％的疏水碳纸，备用；
2)将固含量为10％的全氟磺酸树脂(Dupond公司的Nafion PFSA5％Dispersions D520)溶液18.00g，碳粉2.7g，去离子水3.6g，配成亲水层溶液，备用；所述全氟磺酸树脂的质量百分含量为40％；
3)将聚四氟乙烯乳液稀释到质量分数20％，取6.88g石墨化碳粉，870ml去离子水，在常温下静置60min，然后加入8.6gPTFE乳液和60ml去离子水在350摄氏度烧结30分钟，配成疏水层溶液，备用；此时疏水层的疏水度为20％；
4)将第一疏水层涂覆于碳纸基底上于370℃烧结30min；再将亲水层溶液涂覆于第一疏水层上，100℃烧结30min；最后将第二疏水层涂覆于亲水层上于370℃烧结30min，得到所述具有保水性的燃料电池气体扩散层。如图1所示，微孔层结构为“三明治”型：第一疏水层(a)，亲水层(b)，第二疏水层(c)；其中第一疏水层(a)所刷厚度为0.06mm，亲水层(b)厚度为0.14mm，第二疏水层(c)的厚度为0.16mm，微孔层总厚度0.36mm；(h1：h2：h3＝1:2.3:2.7)。
将所制得的气体扩散层与CCM(GORE.INC.，PRIMEASeries5510)组装电池进行测试，组装MEA，用燃料电池测试***G50测试，电池测试条件是：MEA的Pt载量为0.4mg/cm2，电池测试温度为65℃，氢气和空气的相对湿度均为20％，氢气和空气压力均为常压，蛇状气体流场，活性面积为25cm2，测试条件的过量系数为1.5/30，电池性能见图4。
比较例1
比较例1与实施例1大致相同，不同之处在于第一疏水层(a)所刷厚度为0.07mm，亲水层(b)厚度为0.21mm，第二疏水层(c)的厚度为0.14mm，微孔层总厚度0.42mm，其中亲水层的亲水高聚物质量百分含量为40％。(h1：h2：h3＝1：3：2)
将所制得的气体扩散层与CCM(GORE.INC.，PRIMEASeries5510)组装电池进行测试，组装MEA，用燃料电池测试***G50测试，电池测试条件是:MEA的Pt载量为0.4mg/cm2，电池测试温度为65℃，氢气和空气的相对湿度均为20％，氢气和空气压力均为常压，蛇状气体流场，活性面积为25cm2，测试条件的过量系数为1.5/30，电池性能见图4。
比较例2
比较例2与实施例1大致相同，不同之处在于第一疏水层(a)所刷厚度为0.12mm，亲水层(b)厚度为0.12mm，第二疏水层(c)的厚度为0.12mm，微孔层总厚度0.36mm，其中亲水层的亲水高聚物质量百分含量为40％。(h1：h2：h3＝2：2：2)，测试条件的过量系数为1.5/30，电池性能见图4。
比较例3
比较例3与实施例1大致相同，不同之处在于第一疏水层(a)所刷厚度为0.21mm，亲水层(b)厚度为0.14mm，第二疏水层(c)的厚度为0.07mm，微孔层总厚度0.42mm，其中亲水层的亲水高聚物质量百分含量为40％。(h1：h2：h3＝3：2：1)，测试条件的过量系数为1.5/30，电池性能见图4。
比较例4
比较例4与实施例1大致相同，不同之处在于微孔层结构的疏水层用的是普通碳粉，而不是石墨化的碳粉。测试条件的过量系数为为1.5/2.5，测试结果见图5。
比较例5
比较例5与实施例1大致相同，不同之处在于微孔层结构的亲水层选取的亲水高聚物为PVP。测试条件的过量系数为为1.5/2.5，测试结果见图5。
通过实施例和对比例之间的比较，可以发现本专利设计的三明治型结构微孔层构成的气体扩散层，其中厚度有相对应的比例要求，亲水高聚物的选取以及配比多少有相对应的要求，这些参数均能够影响低加湿下的保水性能，从电池性能图4、5可以看出，该设计能够很好的提升保水性能，在阴极大过量系数下(风冷电堆工作条件)内阻明显减小，性能优异；在阴极小过量系数下，能够在低高电流均性能优异，具有很好的实用价值，尤其是可以应用在风冷电堆中以及一般需要自加湿的单电池中。

Claims (12)

1.一种具有保水性的燃料电池气体扩散层，其包括碳纸基底和微孔层，其特征在于，所述微孔层由紧邻碳纸基底的第一疏水层，亲水层及紧邻催化层的第二疏水层依次相叠构成；所述亲水层的厚度h2为第一疏水层厚度h1的1.5～2.5倍，第二疏水层的厚度h3为第一疏水层厚度h1的2.5～3.5倍。
2.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述碳纸基底的厚度为0.25～0.35mm。
3.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述第一疏水层的厚度h1为0.05～0.07mm；亲水层的厚度h2为0.08～0.17mm；第二疏水层的厚度h3为0.13～0.24mm。
4.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述亲水层含有亲水高聚物，所述的亲水高聚物包括聚乙烯醇，聚苯胺或全氟磺酸树脂中的一种或两种以上的混合。
5.如权利要求4所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述亲水高聚物为全氟磺酸树脂。
6.如权利要求5所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，当电池运行的湿度在20％～40％时，亲水层中全氟磺酸树脂的质量百分含量15～25％；当电池运行的湿度不超过20％时，亲水层中全氟磺酸树脂的质量百分含量为35～45％。
7.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述碳纸本身疏水度为25％～35％。
8.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述第一疏水层及第二疏水层中均含有疏水高聚物及石墨化碳粉，所述的疏水高聚物为聚四氟乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯；其中第一疏水层和第二疏水层的疏水度均为15％～25％。
9.如权利要求8所述的燃料电池气体扩散层，其特征在于，所述石墨化碳粉的碳含量＞99.5％，晶体粒径0.015～0.02mm。
10.如权利要求1所述的燃料电池气体扩散层的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)对碳纸基底进行疏水处理；
2)配制亲水层溶液，所述亲水层溶液由亲水高聚物、碳粉以及水混合后制得；
3)配制相同的第一疏水层和第二疏水层溶液，所述第一疏水层和第二疏水层溶液均由聚四氟乙烯乳液和石墨化碳粉及水混合而得；
4)将第一疏水层涂覆于碳纸基底上于350～380℃烧结20-30min；再将亲水层溶液涂覆于第一疏水层上，80℃～140℃烧结20-30min；最后将第二疏水层涂覆于亲水层上于350～380℃烧结20-30min，得到所述具有保水性的燃料电池气体扩散层。
11.一种用于燃料电池的膜电极组件，其包括气体扩散层，其特征在于，所述气体扩散层为权利要求1-9任一项所述的燃料电池气体扩散层。
12.如1-9任一项所述的燃料电池气体扩散层在空冷自增湿质子交换膜燃料电池中的应用。
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