氣體擴散層（GDL）是支撐催化劑層和收集電流的重要結構，同時為電極反應提供氣體、質子、電子和水等多個通道，其成本通常占到燃料電池電堆總成本的5%左右。

氣體擴散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導電炭黑和憎水劑構成，作用是降低催化層和支撐層之間的接觸電阻，使反應氣體和產物水在流場和催化層之間實現均勻再分配，有利于增強導電性，提高電極性能。氣體擴散層必須具備良好的機械強度、合適的孔結構、良好的導電性、高穩定性，其性能將直接影響燃料電池的電池性能。

目前，擴散層材料主要有碳纖維紙、碳纖維編織布、無紡布和碳黑紙等，也有利用泡沫金屬、金屬網等來制備。其中，碳纖維紙由于制造工藝成熟、性能穩定、成本相對較低和適于再加工等優點，成為擴散層的首選。工藝方面，氣體擴散層所用炭紙初坯的制備方法可分為兩種：濕法和干法。濕法造紙技術制備的擴散層用炭紙具有良好且均勻的大量孔隙，能夠通過調節酚醛樹脂的量來控制孔隙率的大小，有利于加工成滿足實際需求的炭紙。

擴散層核心工藝主要是碳紙選材及技術。從碳紙材料來看，全球范圍內散層材料碳紙、碳布的供需已形成一個寡占市場情況，目前全球的碳紙、碳布材料供應商僅有日本Toray、加拿大Ballard及德國SGL三家。

日本TORAY目前占據較大的市場份額，且擁有的炭紙相關的專利較多，生產的炭紙具有高導電性、高強度、高氣體通過率、表面平滑等優點；但Toray炭紙由于其脆性大而不能連續生產的特點導致其難以實現規模化生產，極大地限制了供應量的增長。Toray的絕大部分產能必須供應給波音公司的碳纖產品，因此到2012年，該企業幾乎停止出口燃料電池組件(碳紙、碳布)至其它國家。從2010年起Toray將產品售價提高了15%，例：40*40cm規格產品售價從78$/PCS提至91$/PCS。

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德國SGL的原材料由日本三菱供應，但供給在逐漸減少，而Ballard僅供應給汽車業界的合約商。

從技術來看，目前擴散層碳紙技術處于國外壟斷狀態，國內還在加速研究。主要集中于中南大學、武漢理工大學以及北京化工大學等，但研究時間較短，技術難題尚未攻克。中南大學提出過化學氣相沉積(CVD)熱解炭改性碳紙的新技術，發明了與變形機制高度適應的異型結構碳紙，采用干法成型、CVD、催化炭化和石墨化相結合的連續化生產工藝，但產品的耐久性和穩定性有所提升。

企業方面，上海河森電氣公司已有小批量碳紙產品，2012年已有1000平方米/月生產能力；臺灣碳能科技公司也有部分碳紙產品且價格較低，獲得了一定市場認可。

氣體擴散層的成本主要由加工費用主導，若規模化生產將會帶來大幅的成本削減。根據StrategicAnalysis數據，當生產規模從1000套提升到50萬套時，成本會從$2，661/套降到$102/套，因此擴散層大規模生產工藝會是未來重點發展方向。