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本文合成了一定相对分子质量范围的阳离子聚电解质，作为制备碳纸的功能性添加剂，开发了一种制备可控微观结构的质子交换膜燃料电池扩散层基底材料-碳纸的新方法，并对碳纸的性能进行了评价。
选择K2S2O8-Na2SO3作为氧化-还原引发体系，对合成样品的红外光谱表征结果表明，成功合成了可控相对分子质量的丙烯酰胺和二甲基二烯丙基氯化铵共聚物P(AM-DMDAAC)。采用乌氏粘度计测定了共聚物的水溶液特性粘数，通过莫尔法测定聚电解质阳离子度，利用一点法计算相对分子质量。研究表明，聚电解质的阳离子度主要受单体配比的影响，其他条件对聚电解质阳离子度的影响较小。控制合成条件，合成了相对分子质量为2.0×105左右，阳离子度为23％左右的P(AM-DMDAAC)，其作为制备质子交换膜燃料电池电极扩散层碳纸的功能性添加剂，既有粘合作用，又有分散作用。
用自制简单膨胀计研究了AM和DMDAAC水溶液聚合的动力学行为，得到了聚合反应的速率方程，并根据Arrhenius经验公式计算聚合产物的表观活化能为39.86kJ·mol-1。
依据碳纤维表面处理前后的红外光谱、SEM表面形貌变化、Zeta电位的实验数据，本文首次初步探讨了碳纤维在浆液中分散机理。结果发现：碳纤维的表面状况、分散剂粘度和Zeta电位是影响碳纤维分散的主要原因。
选择三种市售典型碳纤维，对碳纤维进行表面处理，根据毛细管渗透原理，测试碳纤维的润湿性能。实验结果表明，沥青基碳纤维适宜作为制备碳纸的基体材料。以阳离子聚电解质作为功能性添加剂，控制打浆度17～23°SR、阳离子聚电解质浓度为0.22％、添加3％粉末碳材料，制备一次成型碳纸碳纤维含量大于95％。自制热固性树脂浸渍液配比为1：7、成型压力在15～20MPa之间、碳化温度大于1000℃，对一次成型碳纸进行后处理。自制的碳纸与TGP-H-90主要物性没有明显差别。
以0.29mm自制的碳纸和相应厚度的日本东丽公司碳纸(Toray碳纸)作为电极扩散层基底材料制备电极，并组装成电池，在相同的条件下测试其伏安曲线。结果表明，自制碳纸最大功率密度比Toray碳纸组装电池低0.07W/cm2左右。比SGL碳纸组装的电池大0.088W/cm2。上述性能评价说明，自制碳纸是一种较为理想的质子交换膜燃料电池电极扩散层基底材料。