碳紙的復雜性不僅在于步驟多,更在于每個環節都存在“矛盾點”,需通過精密調控平衡性能:纖維分散與均勻性:短切碳纖維表面惰性強,易團聚,需添加分散劑(如陽離子表面活性劑),但分散劑過量會影響后續樹脂結合;同時,抄紙過程中纖維易沿水流方向定向排列,導致碳紙“各向異性”(不同方向導電性差異>10%),需通過調整抄紙機網部轉速優化。孔隙率與強度的平衡:燃料電池用碳紙需30%-50%的孔隙率(保證氣體流通),但孔隙率過高會導致機械強度下降(易在組裝時斷裂),需通過樹脂含量、熱壓壓力、碳化溫度的協同調控,在“透氣”和“抗折”之間找到平衡點。高溫工藝的穩定性:石墨化階段需2000℃以上高溫,設備(如石墨化爐)需耐極端高溫且溫度場均勻(爐內溫差需<5℃),否則會導致碳紙局部石墨化度不一致,導電性出現“熱點”,影響燃料電池壽命。成本與性能的矛盾:高性能碳紙依賴高純度短切碳纖維(如T700級)和高功率石墨化設備,單噸碳纖維價格超10萬元,石墨化過程能耗占總成本的30%以上,而降低成本(如用低成本碳纖維)又會導致性能下降,形成技術瓶頸。電子傳導穩定:GDL 的基材由高導電性的碳纖維構成,電子能通過纖維網絡從催化層傳遞至雙極板。北京水冷電堆用GDL售價
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。內蒙古電解水制氫用GDL在做的公司氣體擴散層(GDL)作為燃料電池(如質子交換膜燃料電池 PEMFC)、電解池等電化學裝置的組件之一。

作為未來清潔能源市場的重要一極,氫燃料電池的產業化技術必須實現國產可控,而氣體擴散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的關鍵零部件,作為業內公認的三大“卡脖子”材料,催化劑和交換膜已陸續實現國產自主。氣體擴散層(GDL)是燃料電池重要組件之一,其主要作用在于:催化劑的載體支撐電機結構導電作用均勻擴散氣體的作用擴散層輸水作用。燃料電池GDL要求:均勻的多孔質結構,透氣性能好電阻率低,電子傳導能力強結構緊密且表面平整,減小接觸電阻,提高導電性能具有一定的機械強度,適當的剛性與柔性,利于電極的制作,提供長期操作條件下電極結構的穩定性適當的親水/憎水平衡,防止過多的水分阻塞孔隙而導致氣體透過性能下降具有較好的化學穩定性和熱穩定性。正是由于對氣體擴散層用材料的嚴苛要求,碳纖維紙以其質量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙均勻且強度高,厚度可根據使用要求調整,適合耐久性燃料電池使用,成為GDL的可選材料。
國科領纖于2023年在江蘇常州武進區成立,聚焦氫燃料電池關鍵材料碳紙及相關“卡脖子”材料的技術攻關和產業化,旨在打破國外壟斷、實現關鍵材料國產自主,國科領纖也是目前國內具備從連續纖維處理、碳原紙生產、碳紙生產全流程技術、批量化生產的團隊。創始人為吳剛平博士,其帶領的團隊成員均來自于國內從事氫燃料電池碳紙研究單位——中科院山西煤炭化學研究所。吳剛平博士從該所畢業后,即從事碳纖維應用基礎、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,具備扎實的科學研究基礎和豐富的工程化經驗。“目前,國內氫燃料電池用碳紙的產業化制備關鍵材料還處于被國外供應商壟斷狀態,生產依賴進口原材料二次加工,其價格及產量受原材料制約較大,性價比低。有限的產量不足以支撐我國燃料電池產業激增的市場需求,一定程度上阻礙了國內氫能和燃料電池產業國產自主發展。”吳剛平博士表示。制氫PEM;AEM碳紙,針對PEM、AEM不用應用場景可定制產品。

性能特點:具有多孔可控、導電導熱性能優良、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。行業現狀:由于受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備,過去國內碳紙長期主要依賴進口個,價格較高,每平米可達千元以上。擁有過硬、經驗豐富的團隊,完備的基礎研究、技術開發、器件組裝,響應市場需求,產品持續迭代。北京水冷電堆用GDL售價
GDL傳遞電子,構建 “電流通路”。北京水冷電堆用GDL售價
碳紙的生產成本結構與其 “高技術壁壘、多環節工藝、高純度原料” 的特性直接相關,可拆解為原材料成本、生產加工成本、后處理與檢測成本三大模塊,其中原材料和關鍵加工環節是成本占比部分。不同應用場景(如氫燃料電池用碳紙 vs 普通工業用碳紙)的成本構成差異較大,以下以應用廣、技術要求的 “燃料電池級碳紙” 為例,詳細分析其成本構成:一、原材料成本:占總成本 40%-60%(驅動因素)碳紙的原材料決定了其基礎性能(如導電性、機械強度,主要括基體纖維、粘結劑、功能改性劑三類:北京水冷電堆用GDL售價
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