氫燃料電池(主要應(yīng)用)在質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC,氫燃料電池的主流技術(shù)路線)中,碳紙是氣體擴散層(GDL)的基材,位于“膜電極(MEA)”與“雙極板”之間,是燃料電池發(fā)電的“關(guān)鍵橋梁”,具體功能包括:氣體傳輸:多孔結(jié)構(gòu)(孔隙率30%-50%)可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面,確保反應(yīng)氣體充分接觸催化劑;電子傳導(dǎo):高導(dǎo)電性(體積電阻率<10mΩ?cm)可將反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)至雙極板,形成外部電流;水管理:經(jīng)聚四氟乙烯(PTFE)疏水處理后,可排出反應(yīng)生成的水(避免電解液“水淹”催化劑),同時防止電解液滲透;散熱與支撐:良好的導(dǎo)熱性可帶走反應(yīng)熱量,避免局部過熱;機械強度可支撐膜電極,防止組裝時破損。目前,車用氫燃料電池(如豐田M、國內(nèi)比亞迪氫能車)、便攜式燃料電池(如無人機、應(yīng)急電源)均依賴高品級碳紙,且對碳紙的“薄型化(厚度0.1-0.2mm)、低電阻率、高抗折性”要求極高。 氣體擴散層疏水改性 —— 避免 “水淹” 阻斷氣體通道。山東氣體擴散層

國科領(lǐng)纖,聚焦氫燃料電池關(guān)鍵材料碳紙及相關(guān)材料的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化,致力于實現(xiàn)關(guān)鍵材料國產(chǎn)化。創(chuàng)始人吳剛平博士從事碳纖維應(yīng)用基礎(chǔ)、工程化、燃料電池氣體擴散層用碳紙研究,至今已有二十余年,國科領(lǐng)纖也是目前國內(nèi)具備連續(xù)纖維處理、碳原紙生產(chǎn)、碳紙生產(chǎn)全流程技術(shù)及批量化生產(chǎn)能力的團隊。氣體擴散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的三大關(guān)鍵零部件。目前,催化劑和交換膜已陸續(xù)實現(xiàn)國產(chǎn)自主,而碳紙作為氣體擴散層的基材,是制約我國氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)材料。受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復(fù)雜工藝及裝備,我國至今未能實現(xiàn)碳紙量產(chǎn),國內(nèi)氫燃料電池用碳紙的產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵材料仍然由國外供應(yīng)商所主導(dǎo)。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國產(chǎn)化的“一個壁壘”。寧夏氫燃料電池用氣體擴散層價格優(yōu)惠功能:導(dǎo)電,排水,機械支撐,熱傳導(dǎo),氣體擴散。

由于碳紙是燃料電池的“功能件”,其質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)苛,進一步增加了工藝復(fù)雜度:微觀結(jié)構(gòu):需用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察孔隙分布,要求孔徑均勻(5-20μm),無明顯團聚或裂紋;電學(xué)性能:體積電阻率需<10mΩ?cm(石墨化后),且不同區(qū)域電阻率偏差<5%;機械性能:抗折強度需>5MPa,拉伸強度需>15MPa,避免在燃料電池組裝(螺栓緊固)時破損;疏水性能:水接觸角需>110°(確保電解液不滲透)。綜上,碳紙的制備是“精細(xì)化工+高溫材料+精密機械”的綜合過程,每個步驟都需攻克材料兼容性、工藝穩(wěn)定性、性能平衡性等難題,因此其工藝流程具有復(fù)雜性,也是過去我國長期依賴進口的原因之一(截至2024年5月,國內(nèi)少數(shù)企業(yè)實現(xiàn)高品級碳紙量產(chǎn),國產(chǎn)化率仍不足30%)。
性能特點:具有多孔可控、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良、機械強度高、憎水性強以及高度防腐蝕等特點。主要用途:碳紙是燃料電池氣體擴散層的關(guān)鍵基材,在氫燃料電池和 PEM 電解槽中扮演著膜電極與雙極板之間的溝通橋梁角色,具有氣體通道、電子通道、散熱通道等多種功能。此外,還可作為液流電池電極等。行業(yè)現(xiàn)狀:由于受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復(fù)雜工藝及裝備,過去國內(nèi)碳紙長期主要依賴進口,價格較高,每平米可達(dá)千元以上。氣體擴散層是燃料電池中位于催化劑層和雙極板之間的功能層。

氣體擴散層(GDL)作為傳質(zhì)、導(dǎo)電與結(jié)構(gòu)支撐組件,其應(yīng)用場景集中在依賴“多相傳輸(氣、液、電子、離子)”的能源轉(zhuǎn)換與存儲裝置中,GDL的應(yīng)用邏輯是“解決多相(氣、液、電子)傳輸?shù)膮f(xié)同與平衡”,其性能(如透氣性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性)需根據(jù)具體裝置的工作環(huán)境(酸性/堿性、溫度、壓力)定制。目前,隨著氫能、儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,PEMFC和電解池是GDL規(guī)?;瘧?yīng)用潛力的領(lǐng)域,技術(shù)迭代方向集中在“高穩(wěn)定性、低成本、梯度孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化”以適配更高功率密度、更長壽命的能源裝置需求。 氣體擴散層結(jié)構(gòu)完整性與機械適配 —— 確保通道長期通暢。陜西氫燃料電池用氣體擴散層生產(chǎn)廠家
氣體擴散層適配 “雙極板→催化層” 的傳輸需求。山東氣體擴散層
碳紙憑借其高導(dǎo)電性、多孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度,在多個高技術(shù)領(lǐng)域中扮演關(guān)鍵角色,尤其在能源轉(zhuǎn)換與存儲、特種工業(yè)等場景中應(yīng)用。其應(yīng)用領(lǐng)域可按功能需求分為 “能源部件”“特種功能材料” 和 “新興技術(shù)場景” 三大類,具體如下:一、應(yīng)用:能源轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域(占比超 80%)碳紙的應(yīng)用場景是作為能源裝置的 “功能載體”,作用是構(gòu)建 “電子通道、氣體通道、散熱通道”,解決能源轉(zhuǎn)換過程中的 “傳質(zhì)、導(dǎo)電、抗腐蝕” 問題,其中以燃料電池領(lǐng)域為關(guān)鍵。山東氣體擴散層
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