张敏，谢志勇，黄启忠，金谷音，李建青，李建立

(中南大学 粉末冶金国家重点实验室，湖南 长沙，410083)

质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种清洁、高效的绿色环保电源，是新能源汽车、固定发电站等的首选动力源。气体扩散层(GDL)是PEMFC的关键组件之一，高性能的 GDL不仅需要良好的导电性、高的孔隙率来为电极反应提供电子通道、气体通道和排水通道，还必须具备一定的机械强度以实现支撑催化层、稳定电极结构的作用[1-7]。炭纸是以树脂炭为基体，以炭纤维坯体作为增强相的二元复合材料，由于其优异的导电能力和极佳的气体扩散效果，成为当前国内外PEMFC研究单位优先选用的GDL基材。纤维是炭纸中承担载荷的主要组元，炭纸中纤维的长度、体积含量、力学性能等参数是影响GDL强度的主要因素[8]。普通的炭纸坯体是将单丝直径为3～9 μm，长度为2～8 mm的短切炭纤维与有机粘合剂、分散剂、表面活性剂等混合后，利用湿法[9]或干法[10]成形技术制成。短切炭纤维容易分散均匀，有利于保持坯体的均匀性和各向同性，但是用短纤维坯体制备的炭纸机械脆性大，柔韧性差，且强度低，抗震能力差[11]，在制作电极和电池使用过程中极易被损坏，不利于保持电池的耐久性，严重制约了PEMFC的发展，已经成为目前PEMFC商业化的瓶颈[12]。因此，在兼顾炭纸的其它基本性能的基础上，对炭纸坯体进行改性以提高炭纸的强度和韧性具有重要意义。一般而言，长纤维对复合材料的增强增韧能力要明显优于短切纤维，更能发挥增强相的作用[13-14]。……