CN112242533A - 基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和应用 - Google Patents

基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和应用，所述燃料电池双极板为包含碳纳米管膜和树脂基体的碳纳米管膜复合材料，所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比为1.5:1～3:1；以及其中，所述碳纳米管膜复合材料的电导率≥103S/cm。本发明的燃料电池双极板具有高的电导率和机械强度，并具有优异的耐腐蚀性能。

Description

基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和 应用
技术领域
本发明涉及一种基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和应用。
背景技术
燃料电池(Fuel Cell)是一种能够将化学能直接转化为电能的能量转换装置，具有能量转化效率高(40～60％)、对环境友好、启动速度快、工作寿命长等优点。自问世以来，由于这些突出的优越性，燃料电池备受各国政府的重视，被认为是21世纪最有潜力的洁净、高效的能源转化技术之一。
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC)以氢气为燃料，空气或氧气为氧化剂，除具有燃料电池一般的特点(如能量转化效率高、环境友好等)之外，同时还具有可在室温快速启动(工作温度一般在60～100℃之间)、无电解液流失、水易排出、寿命长、比功率与能量高等突出特点，特别是其排放物为水，实现了无污染、零排放。质子交换膜燃料电池在航空航天、新能源汽车、移动电源以及固定式电站等领域具有广泛的应用前景。
然而，燃料电池的高成本和较低的能量密度在很大程度上制约了它进一步扩大商业化应用。双极板(又称集流板)是燃料电池重要部件之一，主要起到输送和分配燃料、在电堆中隔离阳极的作用，它的性能优劣直接影响燃料电池电池的输出功率和使用寿命，其成本通常占据燃料电池成本的15％以上，重量占比则将近60％。因此，研发轻质化、高导电、强韧化的双极板材料显得尤为重要。
双极板主要分为无孔石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板三大体系。其中，无孔石墨双极板是目前最成熟且已商业化的双极板，具有较好的化学稳定性和良好的耐腐蚀性能。但无孔石墨双极板的成本高，易碎，质重，强度和加工性较差。金属双极板发展较快，其机械性能、加工性能、导电性等都十分优异，易于批量化生产降低成本。金属双极板的缺点在于抗腐蚀性差且涂层失效后易造成粒子污染。复合材料双极板是近年来的研究热点，兼具无孔石墨双极板与金属双极板的优点，例如，与金属双极板相比可实现减重，且可进一步实现性能调控。现有的复合材料双极板的主要问题是制备成本较高且工艺周期较长，电导率和机械强度仍需提高，在大规模储能电堆领域难以大规模广泛推广。
发明内容
因此，本发明的目的是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板及其制备方法和应用，本发明的燃料电池双极板具有高的电导率和机械强度，并具有优异的耐腐蚀性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一方面，本发明提供了一种基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板，其中，所述燃料电池双极板为包含碳纳米管膜和树脂基体的碳纳米管膜复合材料，所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比为1.5:1～3:1；以及其中，所述碳纳米管膜复合材料的电导率≥103S/cm。
本发明中，术语“复合材料”是指基体为热塑性或热固性树脂，增强体或三维骨架为碳纳米管膜的复合材料。
本发明中，通过选用碳纳米管膜和树脂基体制备燃料电池双极板，燃料电池双极板中碳纳米管的含量可以达到60～75重量％，燃料电池双极板的电子导电性(电导率≥103S/cm)能够满足电堆大电流工作的需要，燃料电池双极板的整体强度和模量能够满足车载等严苛工况的承载要求。进一步地，树脂基体可以浸渍入碳纳米管膜中的间隙，从而赋予燃料电池双极板足够的结构致密性，同时提高燃料电池双极板耐腐蚀性和气密性。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜是由碳纳米管连续生长而形成的含有空隙的碳纳米管网络结构。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜的厚度为5～20μm，所述碳纳米管膜中碳纳米管的壁数为3～6并且平均直径为7～8nm。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，可以采用本领域中已知的任何方法来制备碳纳米管膜。在一些实施方案中，所述碳纳米管膜的示例包括但不限于：CVD(化学气相沉积)法碳纳米管膜、阵列法碳纳米管膜和浮动催化法碳纳米管膜。在一些优选实施方案中，所述碳纳米管膜为浮动催化法碳纳米管膜或者CVD阵列法碳纳米管膜。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜的厚度为10～20μm。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述树脂基体可以为热塑性树脂或热固性树脂。优选地，所述树脂基体为能够溶解于诸如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和丙酮的有机溶剂的树脂，由此，可以将树脂基体配制成溶液来浸润碳纳米管膜，进而形成碳纳米管膜复合材料。
在一些实施方案中，合适的树脂基体的实例包括但不限于：环氧树脂、双马树脂、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚乙烯醇(PVA)。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，可以通过选择树脂基体的种类和/或控制碳纳米管膜的含量来进一步调节碳纳米管膜复合材料的电导率。
在一些实施方案中，所述树脂基体为环氧树脂或双马树脂。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，适合的环氧树脂的实例包括但不限于：E51型环氧树脂和628型环氧树脂。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，适合的双马树脂的实例包括但不限于：8911双马树脂、5428双马树脂和4501双马树脂。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，在300K的温度下，所述碳纳米管膜复合材料的氢渗透系数<1×10-14molH2m-1s-1Pa-0.5。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料的厚度为0.01～0.05mm，优选为0.02～0.03mm。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料包括多层碳纳米管膜。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料的密度为1～1.2g/cm3。
本发明中，可以根据GB/T 20042.6-2011来测量所述碳纳米管膜复合材料的密度。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料的拉伸强度≥1GPa，拉伸模量≥30GPa。在一些树脂基体为热固性树脂的实施方案中，所述燃料电池双极板的拉伸强度≥2.5GPa，拉伸模量≥80GPa。
根据本发明提供的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料的热导率≥30W/(m·K)。
另一方面，本发明提供了一种所述燃料电池双极板的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纳米管膜置于树脂基体的稀释液中进行浸渍；
(2)取出并干燥步骤(1)中得到的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料；
(3)对步骤(2)中得到的干燥后的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料进行冷压和热压。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(1)中所述树脂基体的稀释液的浓度为1～10重量％，优选为2～5重量％。
根据本发明提供的制备方法，其中，适合制备所述树脂基体的稀释液的溶剂的实例包括但不限于：N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(1)中所述碳纳米管膜在所述树脂基体的稀释液中浸渍的时间为0.5～3小时，例如，2小时。通过将碳纳米管膜在树脂基体的稀释液中浸渍上述时间，可以有效地保证树脂充分浸透碳纳米管膜。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(2)中所述干燥是在真空条件下进行的。在一些实施方案中，步骤(2)中所述干燥是在0.2～0.5KPa的真空度下进行的。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(2)中所述干燥是在50～80℃的温度下进行的。
根据本发明提供的制备方法，其中，步骤(2)中所述干燥进行0.5～1小时。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(3)包括以下步骤：
(3a)将干燥后的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料进行冷压，得到冷压后的碳纳米管膜材料层；和
(3b)将1个、2个或更多个冷压后的碳纳米管膜材料层进行热压。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述冷压是在-10℃～30℃的温度下进行的。在一些实施方案中，所述冷压是在10℃～30℃的温度下进行的。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述冷压的压力为5～10MPa。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述冷压的时间为0.5～3小时。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述热压的温度为190～220℃，压力为2～4MPa，时间为1～2小时。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述热压的升温速率为10～15℃/min。
根据本发明提供的制备方法，其中，所述步骤(3b)包括：
(I)将1个、2个或更多个冷压后的碳纳米管膜材料层铺放在两片聚四氟乙烯膜之间，以10～15℃/min的速率升温至190～220℃，保温1～2小时；
(II)加压至2～4MPa，保温保压1～2小时；和
(III)在2～4MPa的压力下随炉冷却。
又一方面，本发明还提供了一种质子交换膜燃料电池，所述质子交换膜燃料电池包括阳极、阴极和质子交换膜，所述阳极和/或所述阴极包括上述燃料电池双极板。
本发明的燃料电池双极板具有以下优势：
(1)本发明中，选用碳纳米管膜和树脂基体制备燃料电池双极板，燃料电池双极板中碳纳米管的含量可以达到60～75重量％，燃料电池双极板中形成贯穿连续的碳纳米管三维网络，燃料电池双极板具有优异的导电性能，其电子导电性(电导率≥103S/cm)能够满足电堆大电流工作的需要。进一步地，树脂基体可以浸渍入碳纳米管膜中的间隙，从而赋予燃料电池双极板足够的结构致密性，同时提高燃料电池双极板耐腐蚀性和气密性。
(2)本发明的碳纳米管膜复合材料克服了常规碳纳米管增强复合材料因碳纳米管团聚而导致机械性能下降的问题，机械性能大幅度提升。特别地，本发明的碳纳米管膜复合材料的拉伸强度≥1GPa，拉伸模量≥30GPa，整体强度和模量能够满足车载等严苛工况的承载要求。
(3)与常规的无孔石墨双极板相比，本发明的碳纳米管膜复合材料密度小，仅为1～1.2g/cm3，由此可以大幅度降低重量，实现减重减薄，从而降低成本并提高燃料电池电堆***的能量密度。
(4)本发明的碳纳米管膜复合材料是优良导体，其热导率在30W/(m·K)以上，可以散出多余热量，保证电池温度分布均匀。
(5)本发明的碳纳米管膜复合材料的电导率≥103S/cm，可以减少热量的产生，提高电池发电效率。
(6)本发明的碳纳米管膜复合材料的氢渗透系数<1×10-14molH2m-1s-1Pa-0.5，阻气性良好，能够严格分离阴极和阳极反应物，避免氢气和氧气混合。
(7)本发明的碳纳米管膜复合材料中，诸如环氧树脂和PVDF的树脂基体包覆碳纳米管膜，在酸性条件具备良好的化学稳定性，性质稳定，可以保证燃料电池的长期稳定工作。
(8)本发明的碳纳米管膜复合材料具有优异的机械性能，在一定装配压力下不易损坏，可以达到甚至远超美国DOE2025年规划目标拉伸模量35MPa。
(9)本发明的碳纳米管膜复合材料采用热压成型，表面光滑，反应物能够顺利地通过表面并均匀分配，而反应产物能够通畅排出，避免了堵塞水淹等不良现象。
(10)本发明的碳纳米管膜复合材料不含易分解、易分散的物质，特别是不含使质子交换膜中毒的成分，物化特性稳定。
(11)本发明的碳纳米管膜复合材料机械性能优异，满足相关使用条件，符合机械振动要求，并具有良好的耐疲劳特性。
(12)本发明的碳纳米管膜复合材料双极板克服了现有石墨双极板需浸渍树脂固化后再进行碳化工艺处理和流道成型工艺处理的冗杂操作，可以简单地通过树脂稀释液浸渍工艺和热压模压工艺完成树脂浸渍固化和流道成型，大幅度简化了生产处理工艺，缩短了周期要求，降低了双极板生产加工成本。另外，本发明中，浸渍与热压工艺可以批量进行，并可以在流道成型后进行裁切，以得到预期形成和尺寸的燃料电池双极板。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的燃料电池双极板的制备流程示意图。
具体实施方式
下面将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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
SEM表征
采用JSM-7500F冷场发射扫描电子显微镜对碳纳米管膜和碳纳米管膜复合材料进行微观结构表征。
拉伸强度和拉伸模量
采用Instron3344力学试验机对碳纳米管膜复合材料进行拉伸测试，样品尺寸为25mm×2mm，跨距为15mm，拉伸速度为0.5mm/min，每个测试结果为5个有效试验的平均值。
电导率
根据GB/T 20042.6-2011中的“双极板材料电阻测试”来测量本发明的碳纳米管膜复合材料的电导率。
密度测试
根据GB/T 20042.6-2011中“双极板材料密度测试”来测量本发明的碳纳米管膜复合材料的密度。
热导率
采用激光脉冲法测量本发明的碳纳米管膜复合材料的热导率。
氢渗透系数
通过下式来计算氢渗透系数。
Figure BDA0002189302710000081
其中，J为氢气在双极板中的渗透流量；C为双极板两端氢气的溶解浓度；L为双极板的厚度；D为氢原子在双极板中的扩散系数；Pu和Pd分别为双极板上端和下端近表面处的氢气压力；Φ＝D×k，为双极板的氢渗透系数。(J×L)与ΔP0.5之间成线性关系，则氢渗透系数Φ可由氢的渗透流量(J×L)与双极板上下表面的压力差ΔP0.5之间的斜率决定，并据此进行测量。进一步地，本发明中，氢渗透系数是在300K的温度下测量的。
实施例1
本实施例用于说明采用浮动催化法制备碳纳米管膜。
主要采用的装置如下：载气***，包括气路和流量控制器；碳源/催化剂推进***，包括微量注射泵和碳源/催化剂混合溶液；高温管式炉，设有99纯刚玉管，最大温度为1600℃，恒温区长度为20cm；和排尾气***。
在氩气保护下，通过碳源/催化剂推进***将碳源乙醇、噻吩与催化剂二茂铁混合体系(乙醇、噻吩和二茂铁摩尔比为1:1:0.05)以0.15ml/min的速度注入1300℃的高温管式炉中。在高温管式炉的另一端，采用缠绕装置收集形成的碳纳米管气凝胶，采用70％的乙醇水溶液在线喷洒来制备碳纳米管膜。
采用SEM对所制得的碳纳米管膜进行表征。结果显示，碳纳米管膜的厚度为10μm，壁数为3～6，平均直径为7～8nm。另外，碳纳米管膜的面密度为0.01g/cm2。
实施例2
参照图1，其显示了燃料电池双极板的制备工艺流程。
(1)配制浓度为5重量％的E51型环氧树脂的N,N-二甲基甲酰胺稀释液；
(2)将实施例1中制备的碳纳米管膜置于E51型环氧树脂的N,N-二甲基甲酰胺稀释液中浸渍2小时；
(3)取出碳纳米管膜并用透气四氟布吸掉碳纳米管膜两面过多的稀释液，然后置于真空烘箱中，在80℃下抽真空处理0.5小时，其中真空度为0.5KPa；
(4)将步骤(3)中得到的碳纳米管膜材料置于两片平整的聚四氟乙烯膜之间，并置于压机中在5MPa的压力下冷压，得到冷压后的碳纳米管膜材料层，其厚度为约0.01mm，其中，冷压温度为10℃，时间为3小时；
(5)将3层冷压后的碳纳米管膜材料层铺放在两片平整的聚四氟乙烯膜中间进行热压，其中热压工艺如下：升温速率为15℃/min，在达到220℃温度后，保温1小时，然后加压至4MPa，保温保压2小时，在4MPa的压力下随炉冷却，得到多层的碳纳米管膜复合材料。
将碳纳米管膜复合材料裁切成50mm×50mm的规整形状，通过碳纳米管膜的面密度以及碳纳米管膜复合材料的重量来计算所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比，为3:1。
实施例3
参照图1，其显示了燃料电池双极板的制备工艺流程。
(1)采用购自美国索尔维公司的商品名为SOLEF PVDF 5130的聚偏氟乙烯配制浓度为2重量％的聚偏氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺稀释液；
(2)将实施例1中制备的碳纳米管膜置于聚偏氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺稀释液中浸渍0.5小时；
(3)取出碳纳米管膜并用透气四氟布吸掉碳纳米管膜两面过多的稀释液，然后置于真空烘箱中，在50℃下抽真空处理1小时，其中真空度为0.2KPa；
(4)将步骤(3)中得到的碳纳米管膜材料置于两片平整的聚四氟乙烯膜之间，并置于压机中在10MPa的压力下冷压，得到冷压后的碳纳米管膜材料层，其厚度为约0.01mm，其中，冷压温度为30℃，时间为0.5小时；
(5)将2层冷压后的碳纳米管膜材料层铺放在两片平整的聚四氟乙烯膜中间进行热压，其中热压工艺如下：升温速率为10℃/min，在达到190℃温度后，保温2小时，然后加压至2MPa，保温保压1小时，在2MPa的压力下随炉冷却，得到多层的碳纳米管膜复合材料。
将碳纳米管膜复合材料裁切成50mm×50mm的规整形状，通过碳纳米管膜的面密度以及碳纳米管膜复合材料的重量来计算所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比，为1.5:1。
实施例4
参照图1，其显示了燃料电池双极板的制备工艺流程。
(1)配制浓度为3重量％的8911双马树脂的N,N-二甲基甲酰胺稀释液；
(2)将实施例1中制备的碳纳米管膜置于8911双马树脂的N,N-二甲基甲酰胺稀释液中浸渍1.5小时；
(3)取出碳纳米管膜并用透气四氟布吸掉碳纳米管膜两面过多的稀释液，然后置于真空烘箱中，在80℃下抽真空处理0.5小时，其中真空度为0.5KPa；
(4)将步骤(3)中得到的碳纳米管膜材料置于两片平整的聚四氟乙烯膜之间，并置于压机中在5MPa的压力下冷压，得到冷压后的碳纳米管膜材料层，其厚度为约0.01mm，其中，冷压温度为10℃，时间为3小时；
(5)将5层冷压后的碳纳米管膜材料层铺放在两片平整的聚四氟乙烯膜中间进行热压，其中热压工艺如下：升温速率为15℃/min，在达到220℃温度后，保温1小时，然后加压至4MPa，保温保压2小时，在4MPa的压力下随炉冷却，得到多层的碳纳米管膜复合材料。
将碳纳米管膜复合材料裁切成50mm×50mm的规整形状，通过碳纳米管膜的面密度以及碳纳米管膜复合材料的重量计算所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比，为3:1。
实施例2-4制备的碳纳米管膜复合材料的性能如表1和表2所示。
表1 碳纳米管膜复合材料的性质
密度 厚度 电导率 热导率
实施例2 1.10g/cm<sup>3</sup> 0.02mm 2.03×10<sup>3</sup>S/cm 30W/(m·K)
实施例3 1.06g/cm<sup>3</sup> 0.02mm 1.01×10<sup>3</sup>S/cm 31W/(m·K)
实施例4 1.15g/cm<sup>3</sup> 0.03mm 2.37×10<sup>3</sup>S/cm 35W/(m·K)
表2 碳纳米管膜复合材料的氢渗透系数和机械性能
氢渗透系数 拉伸强度 拉伸模量
实施例2 0.92×10<sup>-14</sup>molH<sub>2</sub>m<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>Pa<sup>-0.5</sup> 2.5GPa 80GPa
实施例3 0.87×10<sup>-14</sup>molH<sub>2</sub>m<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>Pa<sup>-0.5</sup> 1.1GPa 30GPa
实施例4 0.93×10<sup>-14</sup>molH<sub>2</sub>m<sup>-1</sup>s<sup>-1</sup>Pa<sup>-0.5</sup> 2.7GPa 96GPa
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于碳纳米管膜复合材料的燃料电池双极板，其中，所述燃料电池双极板为包含碳纳米管膜和树脂基体的碳纳米管膜复合材料，所述碳纳米管膜与所述树脂基体的重量比为1.5:1～3:1；以及其中，所述碳纳米管膜复合材料的电导率≥103S/cm。
2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜的厚度为5～20μm，所述碳纳米管膜中碳纳米管的壁数为3～6并且平均直径为7～8nm；
优选地，所述碳纳米管膜为CVD法碳纳米管膜、阵列法碳纳米管膜或浮动催化法碳纳米管膜，优选为浮动催化法碳纳米管膜或者CVD阵列法碳纳米管膜；
优选地，所述碳纳米管膜的厚度为10～20μm；
优选地，所述树脂基体为环氧树脂、双马树脂、聚偏氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯或聚乙烯醇，优选为环氧树脂或双马树脂；
优选地，所述树脂基体为E51型环氧树脂、628型环氧树脂、911双马树脂、5428双马树脂或4501双马树脂。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池双极板，其中，在300K的温度下，所述碳纳米管膜复合材料的氢渗透系数<1×10-14molH2m-1s-1Pa-0.5；
优选地，所述碳纳米管膜复合材料的厚度为0.01～0.05mm，优选为0.02～0.03mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池双极板，其中，所述碳纳米管膜复合材料包括多层碳纳米管膜；
优选地，所述碳纳米管膜复合材料的密度为1～1.2g/cm3。
5.权利要求1至4中任一项所述的燃料电池双极板的制备方法，其中，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纳米管膜置于树脂基体的稀释液中进行浸渍；
(2)取出并干燥步骤(1)中得到的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料；
(3)对步骤(2)中得到的干燥后的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料进行冷压和热压。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，步骤(1)中所述树脂基体的稀释液的浓度为1～10重量％，优选为2～5重量％；
优选地，所述树脂基体的稀释液的溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其中，步骤(1)中所述碳纳米管膜在所述树脂基体的稀释液中浸渍的时间为0.5～3小时，例如，2小时；
优选地，步骤(2)中所述干燥是在真空条件下进行的；
更优选地，步骤(2)中所述干燥是在0.2～0.5KPa的真空度下进行的；
更优选地，步骤(2)中所述干燥是在50～80℃的温度下进行的；
更优选地，步骤(2)中所述干燥进行0.5～1小时。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的制备方法，其中，所述步骤(3)包括以下步骤：
(3a)将干燥后的树脂基体浸渍的碳纳米管膜材料进行冷压，得到冷压后的碳纳米管膜材料层；
(3b)将1个、2个或更多个冷压后的碳纳米管膜材料层进行热压；
优选地，所述冷压是在-10℃～30℃，如10℃～30℃的温度下进行的；
优选地，所述冷压的压力为5～10MPa；
优选地，所述冷压的时间为0.5～3小时；
优选地，所述热压的温度为190～220℃，压力为2～4MPa，时间为1～2小时；
优选地，所述热压的升温速率为10～15℃/min。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的制备方法，其中，所述步骤(3b)包括以下步骤：
(I)将1个、2个或更多个冷压后的碳纳米管膜材料层铺放在两片聚四氟乙烯膜之间，以10～15℃/min的速率升温至190～220℃，保温1～2小时；
(II)加压至2～4MPa，保温保压1～2小时；
(III)在2～4MPa的压力下随炉冷却。
10.一种质子交换膜燃料电池，所述质子交换膜燃料电池包括阳极、阴极和质子交换膜，所述阳极和/或所述阴极包括权利要求1至4中任一项所述的燃料电池双极板。
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