的宽度接近碳纳米管的直径，为10纳米至20 纳米。每一石墨片58延伸的长度是碳纳米管56直径的2. 5倍至100倍。
[0022] 也就是说，所述碳纤维膜50包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纤维54,每 一根碳纤维54包括一根碳纳米管56和多个石墨片58,该多个石墨片58形成一石墨层，该 碳纳米管56被多个石墨片58包围，每一石墨片58通过共价键与碳纳米管56的外壁连接， 且每一石墨片58与碳纳米管56的外壁之间有一角度。相邻碳纤维54之间通过范德华力 连接。
[0023] 所述碳纳米管56均匀分布，且平行于碳纤维膜表面。由于相邻碳纳米管56之间通 过范德华力连接，因此该碳纤维膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂， 且具有良好的自支撑性能及韧性。
[0024] 每一石墨片58与碳纳米管56之间的角度的范围为大于0度且小于90度，优选地， 每一石墨片58与碳纳米管56之间的角度大于等于30度且小于等于60度。多个石墨片58 与碳纳米管56之间的角度可以相等也可以不相等，S卩，多个石墨片58可以无序地随机"斜 插"或分布在碳纳米管56的外壁上，也可以有序地"斜插"或分布在碳纳米管56的外壁上。 本实施例中，所述碳纤维膜50中多个石墨片58与碳纳米管56之间的角度相等，均等于45 度，如图2所示。每一根碳纤维54的直径与所述碳层的厚度有关，所述碳纤维54的直径为 450纳米至100微米。本实施例中，所述碳纤维54的直径为500纳米。
[0025] 进一步，所述碳纤维膜50还可以包括至少两层交叉重叠设置的碳纳米管膜，相邻 碳纳米管膜之间通过范德华力紧密结合。相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管56的延伸方 向之间形成一夹角ct，〇<ct<90度，具体可依据实际需求而进行调整，每一碳纳米管56 的外壁分布有多个石墨片58。所述至少两层碳纳米管膜交叉重叠设置时，可以提高所述碳 纤维膜50的机械强度。本实施例中，所述碳纤维膜50包括两层交叉重叠设置的碳纳米管 膜，且该两层碳纳米管膜中碳纳米管56的延伸方向之间交叉的角度为90度。
[0026] 所述碳纤维膜50具有良好的导电性能，其方块电阻小于等于100欧姆。并且，由 于石墨片58包围每一根碳纳米管56且通过共价键与该碳纳米管56连接，因此首尾相连的 两个碳纳米管56之间的"节点"处也有石墨片58连接，即首尾相连的两个碳纳米管56之 间的"节点"处，石墨片58通过共价键同时与所述两个碳纳米管56相连，因此，首尾相连的 碳纳米管56之间的"节点"处的机械强度大幅提高，从而提高了所述碳纤维膜50的整体机 械性能。
[0027] 相对于传统的碳纤维纸，所述碳纤维膜50中碳纤维54分布均匀，石墨片58与碳 纳米管56的外壁呈一角度，增大了碳纤维膜50的比表面积，提高了气体扩散层106均匀扩 散反应气体的能力。另一方面，所述碳纤维膜50的电阻率较小，提高了气体扩散层106传 导电子的能力，进一步提高了所述燃料电池膜电极100的反应活性等电化学性能。
[0028] 所述催化层108包括贵金属颗粒及碳颗粒。贵金属颗粒为钼、金、钌等，优选地为 钼。碳颗粒为石墨、炭黑、碳纤维或碳纳米管等，优选为碳纳米管。贵金属颗粒分散于碳颗 粒中，形成催化层108。作为催化材料的贵金属颗粒担载量低于0. 5mg/cm2。
[0029] 所述质子交换膜102的材料为全氟磺酸、聚苯乙烯磺酸、聚三氟苯乙烯磺酸、酚醛 树脂磺酸或碳氢化合物等。
[0030] 本发明第一实施例进一步提供一种所述燃料电池膜电极100的制备方法，具体包 括以下步骤： S10,制备一碳纤维膜50作为气体扩散层106 ; S11，在上述气体扩散层106 -表面形成一催化层108,从而得到第一电极104a和第二 电极104b; S12,提供一质子交换膜102,将第一电极104a和第二电极104b分别设置在该质子交换 膜102相对的两个表面，从而得到一燃料电池膜电极100。
[0031] 请参见图4,步骤S10中，该碳纤维膜50的制备方法具体包括以下步骤： S101，提供一碳纳米管阵列10; 5102, 从所述碳纳米管阵列10中拉取获得一碳纳米管膜20,将该碳纳米管膜20依次穿 过一第一反应室30和一第二反应室40 ; 5103, 向第一反应室30内通入载气和碳源气体，并控制温度，使第一反应室30内的碳 纳米管膜20上形成一碳层52,获得一碳纳米管复合膜； 5104, 将所述碳纳米管复合膜导入所述第二反应室40内，控制温度，使第二反应室40 内的碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，获得一碳纤维膜50。
[0032] 步骤S101中，所述碳纳米管阵列10优选为超顺排碳纳米管阵列10,该超顺排的 碳纳米管阵列10的制备方法采用化学气相沉积法，其具体包括以下步骤：（a)提供一平 整生长基底12,该生长基底12可选用P型或N型硅生长基底12,或选用形成有氧化层的 硅生长基底12,本实施例优选为采用4英寸的硅生长基底12 ;(b)在生长基底12表面均 匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁（Fe)、钴（Co)、镍（Ni)或其任意组合的合金 之一，本实施例中，催化剂层材料由铁形成；（c)将上述形成有催化剂层的生长基底12在 700°C~900°C的空气中退火约30分钟~90分钟，本实施例中，形成有催化剂层的生长基底 12在800°C的空气中退火60分钟；（d)将处理过的生长基底12置于一反应炉中，在保护气 体环境下加热到500°C~740°C，然后通入碳源气体反应约5分钟~30分钟，生长得到碳纳米 管阵列10。碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气 或惰性气体。本实施例中，处理过的生长基底12在反应炉中氮气环境下加热到600°C，通入 乙炔反应20分钟，得到所述碳纳米管阵列10。该碳纳米管阵列10为多个彼此平行且垂直 于生长基底12生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列10。通过上述控制生长条件，该定向 排列的碳纳米管阵列10中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。
[0033] 步骤S102中，采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列10中拉取碳纳米管获得一碳 纳米管膜20,其具体包括以下步骤：（a)从所述碳纳米管阵列10中选定一个或多个碳纳米 管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列10以选定一个或多个 碳纳米管，本实施例中优选镊子来选定多个碳纳米管；（b)以一定速度拉伸该选定的碳纳 米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜20。该拉伸方 向沿基本垂直于碳纳米管阵列10的生长方向。
[0034] 在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长 基底12的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段 首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管膜20,如图5 所示。所述碳纳米管膜20为一自支撑结构。所述自支撑为碳纳米管膜20不需要大面积的 载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态。
[0035] 所述第一反应室30具有相对设置的一第一进口 32和一第一出口 34,所述第二反 应室40具有相对设置的一第二进口 42和一第二出口 44。将所述碳纳米管膜20利用拉伸 工具依次穿过第一反应室30和第二反应室40,并固定于一支撑轴60上。可以理解，所述碳 纳米管膜20的一端固定于所述支撑轴60,另一端连接于所述碳纳米管阵列10,且该碳纳米 管膜20穿过整个第一反应室30和第二反应室40,如图4