液流電池（儲能領域）在全釩液流電池（VRFB，大規模儲能的主流技術之一）中，碳紙是電極的骨架，用于“儲存電解液中的活性物質（釩離子）”并促進電化學反應：多孔結構可吸附大量釩電解液（釩離子濃度1.5-2.0mol/L），增大反應接觸面積；高導電性確保電子在電極與集流體之間傳遞；耐強酸性和抗釩離子氧化的特性，可延長電池壽命（通常要求碳紙在5000次循環后性能衰減＜10%）。特種應用：工業與制造領域在對 “耐溫、導電、抗腐蝕” 有特殊要求的工業場景中，碳紙作為 “特種功能材料” 替代傳統金屬或塑料，解決極端環境下的材料失效問題。電解水制氫用GDL，氣體擴散層！青海氫燃料電池用GDL

高效輸送氣體反應物：GDL具有高孔隙率（通常70%-85%）與貫通性孔隙結構，能讓氣體從雙極板流道快速、均勻地擴散至催化層——避免局部氣體供應不足導致的“反應死區”，確保催化層每一處活性位點都能接觸到足量反應物（如PEMFC中，H?需穿透GDL到達陽極催化層，O?到達陰極催化層）。對比無GDL的結構：氣體易在電極表面聚集形成“氣泡阻隔”，導致反應效率驟降。高效排出液態產物：以PEMFC陰極為例，反應會生成液態水（O?+2H??+2e?→H?O），若積水無法排出，會堵塞氣體通道（即“水淹”），直接中斷氣體供應。GDL通過疏水改性（如涂覆PTFE）與梯度孔徑設計，既能讓液態水在毛細力作用下快速流向雙極板流道排出，又能避免水膜完全覆蓋催化層（保留氣體接觸通道），實現“排水不堵氣”的平衡。抑制電解液“爬流”：在PEMFC中，質子交換膜（電解質）若因濕度變化或壓力差向GDL滲透過量，會填充GDL孔隙并覆蓋催化層，導致氣體無法接觸活性位點。GDL的微孔層（MPL，碳粉+PTFE涂層）能形成“物理屏障”，限制電解液過度滲透，同時維持膜的適度濕潤（保障質子傳導）。青海氫燃料電池用GDLGDL化學穩定性：耐受惡劣工況，延長使用壽命。

GDL 的優勢本質 ——“多功能集成的橋梁”氣體擴散層的所有優勢，本質是其實現了 “傳質（氣體 / 液體）、導電、支撐、耐環境四大功能的集成”：它既是氣體從流道到催化層的 “傳輸管道”，也是電子從催化層到雙極板的 “導電導線”，還是維持系統結構與壽命的 “支撐骨架”。沒有 GDL，燃料電池、高效電解水等電化學系統無法實現 “高效、穩定、長壽命” 運行，其性能會倒退至 “實驗室演示級別”，無法滿足商業化應用（如汽車、儲能）的需求。

氫燃料電池（主要應用）在質子交換膜燃料電池（PEMFC，氫燃料電池的主流技術路線）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，是燃料電池發電的“關鍵橋梁”，具體功能包括：氣體傳輸：多孔結構（孔隙率30%-50%）可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面，確保反應氣體充分接觸催化劑；電子傳導：高導電性（體積電阻率＜10mΩ?cm）可將反應產生的電子傳導至雙極板，形成外部電流；水管理：經聚四氟乙烯（PTFE）疏水處理后，可排出反應生成的水（避免電解液“水淹”催化劑），同時防止電解液滲透；散熱與支撐：良好的導熱性可帶走反應熱量，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、國內比亞迪氫能車）、便攜式燃料電池（如無人機、應急電源）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。氣體擴散層工藝適配性：可定制化，滿足不同場景需求。

1.質子交換膜燃料電池（PEMFC）——應用場景質子交換膜燃料電池是當前新能源汽車（氫燃料電池車）、分布式發電、便攜式電源的技術，而GDL是其“膜電極組件（MEA）”的關鍵組成部分（位于“催化層”與“雙極板”之間），具體功能包括：氣體傳輸：將雙極板流道中的氫氣（陽極）、氧氣/空氣（陰極）均勻擴散至催化層表面，確保反應位點充分接觸反應物；電子傳導：作為導電通路，將催化層產生的電子傳遞至雙極板（形成外電路電流）；水管理：通過自身多孔結構，及時排出陰極生成的液態水（避免“水淹”堵塞氣體通道），同時保留少量水分維持質子交換膜的濕潤性（質子傳導）；支撐與緩沖：為脆弱的催化層和質子交換膜提供機械支撐，雙極板組裝時的壓力沖擊，確保MEA結構穩定。空冷電堆的優勢：1.已定型兩輪車、無人機氣體擴散層。水冷電堆用GDL

GDL梯度孔徑分布 —— 適配 “雙極板→催化層” 的傳輸需求。青海氫燃料電池用GDL

作為氣體擴散層的基材，碳紙的制備，除了準備原料、打漿抄紙、浸漬、固化這些步驟，還需碳化、石墨化處理。而氣體擴散層的制備一般稱為抄紙制程，在制程中還必須改善碳紙原料特性、導電性以及化學安定性。其方法為以碳纖維紙為基礎再添加碳復合材料混合后熱處理，其制程中還可以添加適當的中間原料并配合使用的特性研發出相同的碳紙。方法為以碳纖維紙為基礎再添加碳復合材料混合后熱處理，其制程中還可以添加適當的中間原料并配合使用的特性研發出相同的碳紙。碳紙在造紙階段前必須先將連續長絲纖維切斷成為3~12mm之間的短纖維段，組成短纖維段后的制程依序分為1.抄紙，2.含浸復合樹脂，3.熱壓成形，4.碳化處理以及5.石墨化處理。復雜的工藝決定了碳紙是當前制約我國氫燃料電池領域發展的基礎材料，受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備，我國至今未能實現量產碳紙。目前可應用在燃料電池氣體擴散層的碳紙生產廠商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中國臺灣碳能等公司。因此，碳紙也被稱之為燃料電池材料國產化的“一個壁壘”。青海氫燃料電池用GDL

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