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金属氧化物微孔层及其制备方法和在质子交换膜电解水中的应用
申请号	CN202410093096.4	申请日	2024-01-23	公开(公告)号	CN117947444A	公开(公告)日	2024-04-30
申请人	中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所;			发明人	周小春; 刘译阳; 田彬;
摘要	本发明提供了一种金属氧化物微孔层及其制备方法和在质子交换膜电解水中的应用，其中金属氧化物微孔层的制备方法包括将疏水处理剂加入至金属氧化物粉末中进行疏水处理后，加入混合溶剂，均匀地分散所述金属氧化物，得到金属氧化物浆料，再将所述金属氧化物浆料涂覆在基材上经煅烧，即得到所述金属氧化物微孔层。采用本发明技术方案，通过将具有疏水性能的金属氧化物浆料涂覆在钛板基材表面，经煅烧后即得到具有一体结构的复合气体扩散层，能够有效地避免现有技术中硬质基材与质子交换膜直接接触导致质子交换膜的机械损伤，还能够有效地降低钛板表面氧化物与质子交换膜之间的界面接触电阻，更加有利于电子的传输，提高电解槽的性能。
权利要求	1.一种金属氧化物微孔层的制备方法，包括：提供金属氧化物疏水浆料：将疏水处理剂加入至金属氧化物粉末中进行疏水处理后，加入混合溶剂，均匀地分散所述金属氧化物，得到金属氧化物浆料；将所述金属氧化物浆料涂覆在基材上经煅烧，即得到所述金属氧化物微孔层；所述金属氧化物微孔层可用于质子交换膜电解水的阳极侧。 2.根据权利要求1所述的金属氧化物微孔层的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物包括稀土金属氧化物、氧化钛、氧化锆中的任一种；所述金属氧化物的粒径为10～100nm；所述疏水处理剂包括聚四氟乙烯；所述混合溶剂包括水和异丙醇；所述金属氧化物浆料中，所述疏水处理剂的质量分数为金属氧化物的1％～20wt％。 3.根据权利要求1所述的金属氧化物微孔层的制备方法，其特征在于，所述基材包括钛纤维毡或烧结钛颗粒板；所述煅烧包括100～350℃的条件下，持续2～3h。 4.一种金属氧化物微孔层，采用如权利要求1‑3任一项所述的制备方法得到。 5.一种复合气体扩散层，其特征在于，至少包括如权利要求4所述的金属氧化物微孔层，以及钛纤维毡或烧结钛颗粒板；所述金属氧化物微孔层通过将金属氧化物疏水浆料涂覆在钛纤维毡或烧结钛颗粒板的表面，经煅烧后形成的层状、一体化结构；所述复合气体扩散层可作为质子交换膜电解水的阳极。 6.一种金属氧化物复合扩散层膜电极，其特征在于，至少包括以如权利要求5所述的复合气体扩散层作为阳极，以多孔碳膜作为阴极。 7.根据权利要求6所述的金属氧化物复合扩散层膜电极，其特征在于，由上至下依次包括基材层‑金属氧化物微孔层‑质子交换膜层‑多孔碳膜层；其中，基材层和金属氧化物微孔层共同构成所述气体扩散复合层；所述基材层的材料包括钛纤维毡或烧结钛颗粒板；所述金属氧化物微孔层介于所述基材层与所述质子交换膜层之间；所述多孔碳膜为碳纸。 8.如权利要求6或7所述的金属氧化物复合扩散层膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： S1.提供金属氧化物疏水浆料； S2.提供基材； S3.提供气体扩散复合层，将S1提供的所述金属氧化物疏水浆料涂覆在所述基材的表面，经煅烧后得到所述气体扩散复合层； S4.提供膜电极阴极，将催化剂浆料均匀地分散在多孔碳膜的表面，烘干； S5.提供质子交换膜，采用磁控溅射的方法，将阳极催化剂溅射在质子交换膜的表面； S6.将所述气体扩散复合层、所述膜电极阴极、所述质子交换膜进行组装得到所述金属氧化物复合扩散层膜电极。 9.根据权利要求8所述的金属氧化物复合扩散层膜电极的制备方法，其特征在于，所述‑2 多孔碳膜上负载的阴极催化剂为金属铂，负载量为0.5mgPt cm ； ‑2 所述阳极催化剂为金属铱，负载于所述质子交换膜表面，负载量为20μgIrcm 。 10.一种电解水槽，包括如权利要求5所述复合气体扩散层，或包括如权利要求6或7所述的金属氧化物复合扩散层膜电极。
说明书全文	金属氧化物微孔层及其制备方法和在质子交换膜电解水中的应用技术领域 [0001] 本发明涉及质子交换膜电解水技术领域，具体涉及一种金属氧化物微孔层及其制备方法和在质子交换膜电解水中的应用。背景技术 [0002] 氢气被认为是可持续能源社会的理想能源载体，许多研究都集中在低成本、高效率的氢气生产上。质子交换膜电解水技术(PEMWE)可分别在阳极和阴极将水分解为氧气和氢气，被认为是存储电能最有前途的技术之一。由于PEMWE的高效率、紧凑的系统设计、易于维护、快速响应和广泛的操作范围，它们具有将太阳能、风能、潮汐能等可再生能源合为一体的潜力。PEMWE能够以环保的方式单独产生超高纯度的氢气/氧气，而不会产生任何温室气体，这将有利于直接地储存和使用。 [0003] PEMWE由质子交换膜(PEM)、催化层(CL)、多孔传输层(PTL)、带流场或通道的双极板(BP)、电流分配器和端板组成。PTL位于催化剂层(CL)和流场之间，根据其功能，也可将其称之为液体/气体扩散层(LGDL)。PTL/LGDL主导液态水和气体的两相逆流，必须具有高耐腐蚀性、良好的导电性和较小的质量扩散损失。现有技术中，为了实现PEMEC的工作效率，已经公开了不同的材料、结构或处理方式的PTL/LGDL，例如，Energy&Environmental Science.2017，10，2521‑2533中分别研究了不同粒径大小的钛颗粒烧结而成的多孔传输层对PEMWE性能的影响，其提供的PTL是在大颗粒上覆盖小颗粒后组合烧结而成，研究表明这种PTL的空隙大小为6～22μm，孔隙率大于22％的时候电解槽性能最好。 [0004] 进一步地，从PEMWE整体结构上进行分析，现有技术中的PEMWE通常由PEM、催化层、气体/质子扩散层、双极板、端板等组装而成，其中，气体/质子扩散层的主要作用是提升气体液体的传输通道、收集电流、支撑催化层、收集电子、传导热量。然而，上述PEMWE的结构在实际使用有以下几个问题： [0005] 首先，LGDL使用的是钛纤维毡或者是烧结钛颗粒板，材质较硬，使用过程中压力增大会导致其与PEM接触，而LGDL的材质是钛颗粒板，材质较硬，很容易会对PEM膜造成一定的机械损伤，甚至刺穿PEM膜。 [0006] 其次，钛纤维毡或者烧结钛颗粒板，其使用的钛在空气中容易形成致密的氧化层，钛的金属氧化物导电性较差，这就会增大界面的接触电阻，不利于电子的传输，进而阻碍了电解糟的性能。 [0007] 第三，钛纤维毡具有较大的孔隙率，烧结的钛颗粒板使用的钛颗粒较大。这些都使得LGDL与催化层之间的接触面积降低，降低了催化剂的利用率，使得应用上不得不提高催化剂的载量，从而增大了电解槽的生产成本。 [0008] 基于上述技术问题，本发明公开了一种以金属氧化物粉体作为微孔层(MPLs)，并将其加入LGDL中，有效地避免对PEM的机械损伤，同时，将MPLs充当LGDLs/PTL的第二层，起到一定的缓冲作用，并且还能够增大催化层与PEM的接触面积，增大催化剂的利用率，从而有效地降低催化剂的载量，降低电解槽的生产成本。发明内容 [0009] 有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供了一种复合气体扩散层及其制备方法和应用。 [0010] 为了达到上述目的，本发明提供了一种用于质子交换膜电解水的金属氧化物微孔层的制备方法，包括： [0011] 提供金属氧化物疏水浆料：将疏水处理剂加入至金属氧化物粉末中进行疏水处理后，加入混合溶剂，均匀地分散所述金属氧化物，得到金属氧化物浆料； [0012] 将所述金属氧化物浆料涂覆在基材上经煅烧，即得到所述金属氧化物微孔层。煅烧后，刮去覆盖在基材表面的多余部分，即为金属氧化物微孔层。 [0013] 采用上述技术方案得到的所述金属氧化物微孔层，可用于质子交换膜电解水的阳极侧。 [0014] 优选地，所述金属氧化物包括但不限于稀土金属氧化物、氧化钛、氧化锆中的任一种；金属氧化物还可以使用其他导电性和耐腐蚀性良好的金属氧化物或其他材料。 [0015] 优选地，所述疏水处理剂包括聚四氟乙烯；进一步地，所述疏水处理剂还能够发挥粘合剂的作用，将金属氧化粉粘合起来，还对MPL提供了疏水性支持，利于反应过程中进行良好的气液传输。 [0016] 优选地，所述混合溶剂包括水和异丙醇；本发明采用混合溶剂将金属氧化物粉体均匀地分散。 [0017] 优选地，所述混合溶剂中水和异丙醇体积比为1：1。 [0018] 优选地，所述金属氧化物浆料中，所述疏水处理剂的质量分数为金属氧化物的1％～20wt％ [0019] 优选地，所述基材包括钛纤维毡或烧结钛颗粒板。 [0020] 优选地，所述煅烧包括100～350℃的条件下，持续2～3h。 [0021] 采用上述的技术方案制备得到的金属氧化物微孔层，与基材形成一体结构，构成复合气体扩散层；其中， [0022] 所述溅射氧化物微孔层通过将金属氧化物疏水浆料涂覆在钛纤维毡或烧结钛颗粒板的表面，经煅烧后形成的层状、一体化结构。 [0023] 所述复合气体扩散层可用作于质子交换膜电解水的阳极。 [0024] 采用上述技术方案制备得到的复合气体扩散层，用于制备金属氧化物复合扩散层膜电极，以复合气体扩散层作为阳极，以多孔碳膜作为阴极，将复合气体扩散层、质子交换膜、多孔碳膜组装后即得到所述金属氧化物复合扩散层膜电极。 [0025] 采用上述技术方案提出的使用金属氧化物形成MPL，进而制备复合气体扩散层，通过由导电性良好的MPL来提高复合扩散层的导电性，减少了膜电极和夹具之间的接触电阻；并且能够增大催化剂的接触面积，增加反应活性位点，有效地降低催化剂载量，降低PEMWE的成本，促进PEMWE的商业化生产和大规模地推广应用。 [0026] 具体地，所述金属氧化物复合扩散层膜电极的结构由上至下依次包括基材层‑金属氧化物微孔层‑质子交换膜层‑多孔碳膜层；其中，基材层和金属氧化物微孔层共同构成所述气体扩散复合层；所述基材层的材料包括钛纤维毡或烧结钛颗粒板；所述金属氧化物微孔层介于所述基材层与所述质子交换膜层之间。 [0027] 进一步地，本发明还提供了金属氧化物复合扩散层膜电极的制备方法，包括以下步骤： [0028] S1.提供金属氧化物疏水浆料； [0029] S2.提供基材； [0030] S3.提供气体扩散复合层，将所述金属氧化物疏水浆料涂覆在所述基材的表面，经煅烧后得到所述气体扩散复合层； [0031] S4.提供膜电极阴极，将催化剂浆料均匀地分散在多孔碳膜的表面，烘干； [0032] S5.提供质子交换膜，采用磁控溅射的方法，将质子交换膜固定在溅射基上； [0033] S6.将所述气体扩散复合层、所述膜电极阴极、所述质子交换膜进行组装得到所述金属氧化物复合扩散层膜电极。 [0034] 优选地，所述多孔碳膜上负载的阴极催化剂为金属铂，负载量为0.5mgPt cm‑2； [0035] 优选地，所述阳极催化剂为金属铱，负载于所述质子交换膜表面，负载量为20μgIr ‑2cm 。 [0036] 基于上述技术方案提供的膜电极进行质子交换膜电解水槽的组装，包括将上述的膜电极组件封装在夹具内得到电解水槽。 [0037] 本发明所获得的有益技术效果： [0038] 1.采用本发明技术方案，通过将金属氧化物粉末分散后制备得到具有疏水性能的浆料，再将其涂覆在钛板基材表面，经煅烧后即得到具有一体结构的复合气体扩散层，其中，复合气体扩散层的表面是微孔结构层，一方面MPL能够在烧结钛板和PEM之间起到缓冲作用，能够有效地避免现有技术中钛颗粒板等硬质基材与质子交换膜直接接触导致其对质子交换膜的机械损伤，另一方面还能够有效地降低钛板表面氧化物与质子交换膜之间的界面接触电阻，更加有利于电子的传输，提高电解槽的性能。 [0039] 2.采用本发明的技术方案，将复合气体扩散层再通过粘合的方法与多孔碳膜进行复合得到具有一体化结构膜电极，具有操作简单，加工成本低的优点；且本发明提供的复合气体扩散层，具有良好的水/气管理能力，气体可以更加快速地向催化层传递，且由其制备得到的质子交换膜电解水的最大电流密度大幅提升。 [0040] 3.采用本发明技术方案，在复合气体扩散层表面负载催化剂层，大大降低了膜电极的厚度和质量，不仅能够实现电化学能源转化器件体积的下降，功率密度的提升，且还可以大大降低质子交换膜电解水槽体积，同时保证质子交换膜电解水槽具有优异的气体传输性能和水传输性能。 [0041] 4.采用本发明技术方案，通过将金属氧化物浆料刮涂在钛颗粒板基材上得到复合扩散层的方法，操作简单，只需要简单的刮涂煅烧即可，制备步骤少，便于规模化生产。 [0042] 5.采用本发明技术方案，采用由金属氧化物构成的MPL，增加了催化层与膜层的接触面，从而增大了催化剂的利用率，降低催化剂载量，降低了生产成本。附图说明 [0043] 图1为本发明实施例1制备复合气体扩散层的流程图。 [0044] 图2为本发明实施例1制备的复合扩散层膜电极的结构示意图。 [0045] 图3为本发明实施例1‑3和对比例1不同复合气体扩散层对电解槽性能影响对比图。 [0046] 图4为本发明实施例1和实施例4‑6采用不同的疏水处理剂含量对电解槽性能影响对比图。 [0047] 图5为本发明实施例1制备的膜电极的稳定性测试图。 [0048] 图6为本发明实施例1和实施例9‑10的电流‑电压特性曲线。具体实施方式 [0049] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0050] 本发明提供了一种用于质子交换膜电解水的微孔层的制备方法，包括：提供金属氧化物疏水浆料：将疏水处理剂加入至金属氧化物粉末中进行疏水处理后，加入混合溶剂，均匀地分散所述金属氧化物，得到金属氧化物浆料；将所述金属氧化物浆料涂覆在基材上经煅烧，即得到所述金属氧化物微孔层。 [0051] 进一步地，本发明还提供了一种复合气体扩散层，包括采用上述技术方案制备得到的金属氧化物微孔层，以及钛纤维毡或烧结钛颗粒板；所述金属氧化物微孔层通过将金属氧化物疏水浆料涂覆在钛纤维毡或烧结钛颗粒板的表面，经煅烧后形成的层状、一体化结构。 [0052] 采用上述技术方案制备得到的复合气体扩散层，用于制备金属氧化物复合扩散层膜电极，以复合气体扩散层作为阳极，以多孔碳膜作为阴极，将复合气体扩散层、质子交换膜、多孔碳膜组装后即得到所述金属氧化物复合扩散层膜电极。 [0053] 作为一种优选的实施方式，复合气体扩散层膜电极的结构由上至下依次包括：基材层‑金属氧化物微孔层‑质子交换膜层‑多孔碳膜层；其中，基材层和金属氧化物微孔层共同构成所述气体扩散复合层；基材层的材料包括钛纤维毡或烧结钛颗粒板；金属氧化物微孔层介于基材层与质子交换膜层之间。 [0054] 下面通过具体的实施例来进一步详细说明本发明的技术方案。 [0055] 实施例1 [0056] 本实施例提供一种复合气体扩散层膜电极，结构由上至下依次包括基材层‑金属氧化物微孔层‑质子交换膜层‑多孔碳膜层；其中，基材层和金属氧化物微孔层共同构成气体扩散复合层；金属氧化物微孔层介于基材层与质子交换膜层之间；其中，本实施例中，基材层的材料选用烧结钛颗粒板。 [0057] 参阅图1，为本实施例提供一种复合气体扩散层的制备方法，包括：提供金属氧化物浆料，将浆料磁力搅拌2h后，刮涂在泡沫钛板表面，在马弗炉中，100～350℃煅烧2～3h后，即得到金属微孔层‑泡沫钛板一体结构的复合气体扩散层。 [0058] 具体地，本实施例提供的复合气体扩散层膜电极具体步骤包括： [0059] 1.提供金属氧化物浆料 [0060] 准确称量金属氧化物(本实施例以CeO2为例，粒径为10nm)的重量0.3g，然后添加PTFE作为疏水处理剂，PTFE含量为金属氧化物的质量分数比为1％，最后将水和异丙醇按照1：1的体积比例分别添加100μL得到混合物。 [0061] 将混合物放置于磁力搅拌器上，搅拌时间2h使得溶液中各组分混合均匀得到金属氧化物浆料。 [0062] 2.提供烧结钛颗粒板 [0063] 3.制备复合气体扩散层 [0064] 将金属氧化物浆料涂敷在烧结钛板泡沫钛板上，烧结钛板(或泡沫钛)厚度一般选用1mm，微孔层的厚度为100～150μm。采用刮涂技术将金属氧化物浆料均匀地刮涂在烧结钛颗粒板上，然后将涂好的钛板放入马弗炉中进行煅烧，在350℃下持续2h。煅烧后取出，刮去覆盖在钛板上的多余部分。得到的复合气体扩散层为CeO2‑MPL复合扩散层。 [0065] 2.提供多孔碳膜和质子交换膜 [0066] 本实施例选用的多孔碳膜为碳纸SGL‑28BC。 [0067] 本实施例选用的质子交换膜为DuPont N212。 [0068] 3.制备复合气体扩散层膜电极 [0069] 膜电极组装： [0070] 膜电极阴极侧为负载Pt/C多孔碳膜(SGL‑28BC)，通过刮涂将分散均匀的催化剂浆‑2料负载在多孔碳膜(SGL‑28BC)上，催化剂为金属Pt，催化剂载量是0.5mgPtcm 。 [0071] 将负载有催化剂的多孔碳膜放置于105℃的烘箱中静置1小时备用。 [0072] 膜电极阳极为负载有阳极催化剂的质子交换膜，阳极催化剂采用磁控溅射的方法，将质子交换膜(DuPont N212)固定在溅射基底上，将阳极催化剂金属Ir溅射在质子交换‑2膜上，催化剂载量为20μgIrcm 。 [0073] 参阅图2，为实施例1组装得到的膜电极结构示意图，按照复合气体扩散层‑质子交换膜3‑多孔碳膜4的顺序依次进行组装，将复合气体扩散层包括钛颗粒板1和金属氧化物微孔层2，其中的金属氧化物微孔层2的一面与质子交换膜3接触组装。 [0074] 采用上述实施例和对比例的复合气体扩散层进行膜电极的组装。 [0075] 将质子交换膜放置在两层复合气体扩散层和多孔碳膜之间，在130℃，40Kgf·cm‑2下热压两分钟。 [0076] 将上述实施例制备得到的膜电极组件封装在夹具内，组装成电解水槽。 [0077] 参阅表1，为实施例1和对比例1中金属氧化物浆料的各组分含量，实施例1(实施例2‑3与实施例1相同)中金属氧化物浆料的各组分含量分别为金属氧化物0.3g，疏水处理剂PTFE 10％(占浆料的质量百分比)、水100μL，以及异丙醇100μL；对比例1中，并不含有上述组分，各组分含量均为0。 [0078] 表1实施例1和对比例1中金属氧化物浆料的各组分含量 [0079]金属氧化物含量疏水处理剂含量水含量异丙醇含量对比例1 0 0 0 0 实施例1 0.3g PTFE 10％ 100μL 100μL [0080] 实施例2 [0081] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物为氧化钛(TiO2)，得到的复合气体扩散层为TiO2‑MPL复合扩散层。 [0082] 实施例3 [0083] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物为氧化钛(ZrO2)，得到的复合气体扩散层为ZrO2‑MPL复合扩散层。 [0084] 实施例4 [0085] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物微孔层中，PTFE含量为金属氧化物的质量分数比为5％。 [0086] 实施例5 [0087] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物微孔层中的疏水处理剂的含量为10％。 [0088] 实施例6 [0089] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物微孔层中，PTFE含量为金属氧化物的质量分数比为20％。 [0090] 实施例7 [0091] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物为氧化钨(WO3)，得到的复合气体扩散层为WO3‑MPL复合扩散层。 [0092] 实施例8 [0093] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，本实施例中的金属氧化物为氧化锡(SnO2)，得到的复合气体扩散层为SnO2‑MPL复合扩散层。 [0094] 实施例9 [0095] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，步骤1中金属氧化物(CeO2)的粒径为50nm。 [0096] 实施例10 [0097] 本实施例与实施例1的制备步骤基本相同，区别仅在于，步骤1中金属氧化物(CeO2)的粒径为100nm。 [0098] 对比例1 [0099] 本对比例与实施例1的区别仅在于，不包括金属氧化物微孔层，直接将钛颗粒板与质子交换膜进行直接接触组装得到膜电极，其他均相同。 [0100] 对制备得到的复合气体扩散层、膜电极进行形貌观察和/或性能检测： [0101] 电解槽性能测试： [0102] 对组装得到的膜电极进行性能检测，测试条件：80℃，水流流速：10mL/min。 [0103] 测试结果参阅表2、图3和图4。 [0104] 表2不同金属氧化物的性能检测结果 [0105] [0106] [0107] 参阅表2，分别采用不同的金属氧化物进行复合气体扩散层的制备，由表2结果可见，SnO2具有最大的电导率，导电性能最佳，其次为WO3和TiO2。 [0108] 其中，电导率的测试，对比例1为浆料压片的电导率，实施例中的烧结钛板上的致密氧化层；与实施例相比，对比例1的电导率更低，说明MPL的导电率相对于烧结钛板明显提高。 [0109] 参阅图3，为实施例1‑3与对比例1的电解槽性能测试的差异对比，由图可见，在钛颗粒板和质子交换膜之间引入了金属氧化物微孔层后电流密度明显降低。 [0110] 参阅图4，为实施例1与实施例4‑6的电解槽性能测试的差异对比图，由图可见，疏水处理剂PTFE的含量过多会减少空隙，影响气液传输的性能，实施例1的疏水处理剂含量为10％时效果最佳。 [0111] 参阅图6，为TiO2的不同粒径条件下的电流‑电压特性曲线，由图可见，当粒径为50nm时，接触电阻更小。 [0112] 进一步地，对实施例1的电解槽的性能稳定性进行测试，测试条件，80℃，水流流速：10mL/min，测试电流：0.5A。测试结果参见图5，由图可见，至少在50h内MPL的稳定性良好。 [0113] 基于上述分析，一方面，本发明提出的技术方案是基于现有技术中采用的烧结钛板由于硬度过硬易导致对质子交换膜(PEM)造成机械损伤所提出的，通过采用金属氧化物形成的金属氧化物微孔层(MPL)，能够在烧结钛板和PEM之间起到缓冲作用，避免了钛这种偏硬的材质对PEM的机械损伤。 [0114] 进一步地，基于上述煅烧技术制备得到的复合气体扩散层，基于现有技术中烧结钛板的表面的一层氧化层导致导电性降低，通过导电性良好的MPL能够提高复合扩散层的导电性，减少了膜电极和夹具之间的接触电阻；并且能够增大催化剂的接触面积，增加反应活性位点，有效地降低催化剂载量，降低PEMWE的成本，促进PEMWE的商业化。 [0115] 作为其他优选的实施方式，本发明中所提出的构成MPL的金属氧化物不限于上述实施例中使用的金属氧化物，还可以使用其他导电性良好和耐腐蚀性良好的金属氧化物等其他材料，例如氧化铟等。 [0116] 综上，对于本发明而言，复合气体扩散层能够发挥集流体(Bipolar Plates)、支撑质子交换膜和催化层的作用，是一种一体化的复合气体扩散层。具体地，其能够实现的作用包括： [0117] 1.金属氧化物微孔层具有的空隙使其具有微孔结构，可实现气体在电极表面的均匀分布，确保充分的反应物质供应。 [0118] 2.在钛颗粒板和质子交换膜之间增加的金属氧化物微孔层作为中间层，其不仅与钛颗粒板为一体结构，同时还能够发挥支撑质子交换膜的作用，其能够作为质子交换膜的支撑材料，提供稳定的结构支持，并防止质子交换膜因受到钛颗粒板的压力或挠曲而使其受损。 [0119] 3.具有优良的导电性：介于钛颗粒板和质子交换膜之间的金属氧化物微孔层，能够有效地避免钛颗粒板表面的氧化层导致的导电性差的问题，其具有的良好导电性能可有效地传导电子，降低界面接触电阻，提高电解槽的性能。 [0120] 4.协助催化层发挥作用，促进电化学反应的进行：催化层是氢气和氧气反应的关键区域。它通常位于质子交换膜的电极表面，含有贵金属催化剂(如铂、铱等)，可加速气体的电化学反应，实现氢气的氧化和氧气的还原；同时提供反应界面，金属氧化物表面的空隙结构具有高比表面积，能够提供大量的活性反应表面，增加反应物质与质子交换膜表面的催化剂之间的接触，促进反应速率；传递电子和质子。 [0121] 5.采用本发明制备的复合气体扩散层进行质子交换膜电解水槽的组装，以金属氧化物粉体作为微孔层形成的液体/气体扩散层(LGDL)，以MPL作为LGDL/PTL的第二层，起到缓冲作用，并且还能够增大催化层与PEM的接触面积，增大催化剂的利用率，从而有效地降低催化剂的载量，降低整个电解槽的成本；尤其地，金属氧化物微孔层还进一步地为CLs/PTL和PTL/BP之间的接口提供优良的接触。 [0122] 以上仅为本发明的优选实施例，其并非因此限制本发明的保护范围，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，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。

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