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本发明公开了具有梯度孔径结构的燃料电池气体扩散层用碳纤维纸的制备方法及碳纤维纸，该方法包括按预定质量将聚丙烯腈与N,N‑二甲基乙酰胺配置成聚丙烯腈质量分数不同的多份混合溶液；将所述多份混合溶液置于静电纺丝设备中连续地进行多次静电纺丝，形成静电纺丝纤维膜；将所述静电纺丝纤维膜依次进行预氧化、碳化、石墨化工艺，得到所述碳纤维纸的步骤。本发明通过依次更换不同质量分数的聚丙烯腈溶液连续进行静电纺丝，获得具有多层不同大小孔径的碳纤维纸，实现了高孔隙率与低电阻率的理想结合，同时力学性能也得到提升，使得燃料电池，尤其是在高功率密度运行条件下，能够维持更高且更稳定的电压输出。