性能特点:具有多孔可控、导电导热性能优良、机械强度高、憎水性强以及高度防腐蚀等特点。主要用途:碳纸是燃料电池气体扩散层的关键基材,在氢燃料电池和 PEM 电解槽中扮演着膜电极与双极板之间的沟通桥梁角色,具有气体通道、电子通道、散热通道等多种功能。此外,还可作为液流电池电极等。行业现状:由于受制于碳纤维、碳纤维原纸、石墨化和后处理等复杂工艺及装备,过去国内碳纸长期主要依赖进口个,价格较高,每平米可达千元以上。寿命使用理想环境下,恒温,恒湿,纯净反应气。石墨化碳纸或碳纤维-石墨烯复合材料,提高氧化性。湖南空冷电堆用GDL售价
电解水制氢装置在质子交换膜电解槽(PEM电解槽,高效制氢技术)中,碳纸同样作为多孔电极基材,用于阳极(氧气侧)和阴极(氢气侧):阴极侧:支撑铂基催化剂,传导电子并输送水分子,同时排出生成的氢气;阳极侧:需耐受酸性环境(pH≈1)和高氧化电位(1.5-2.0V),碳纸的化学稳定性可避免腐蚀,其多孔结构还能减少氧气生成时的“气泡阻塞”问题。随着“绿氢”产业(利用可再生能源制氢)的发展,PEM电解槽需求增长,带动碳纸用量提升。湖北空冷电堆用GDL怎么样碳纤维制备和表面改性的基础研究、中试放大、工程化的研究经历,对碳材料的结构、设备及工艺有深刻理解。

由于碳纸是燃料电池的“功能件”,其质量检测标准极为严苛,进一步增加了工艺复杂度:微观结构:需用扫描电子显微镜(SEM)观察孔隙分布,要求孔径均匀(5-20μm),无明显团聚或裂纹;电学性能:体积电阻率需<10mΩ・cm(石墨化后),且不同区域电阻率偏差<5%;机械性能:抗折强度需>5MPa,拉伸强度需>15MPa,避免在燃料电池组装(螺栓紧固)时破损;疏水性能:水接触角需>110°(确保电解液不渗透)。综上,碳纸的制备是“精细化工+高温材料+精密机械”的综合过程,每个步骤都需攻克材料兼容性、工艺稳定性、性能平衡性等难题,因此其工艺流程具有复杂性,也是过去我国长期依赖进口的原因之一(截至2024年5月,国内少数企业实现高品级碳纸量产,国产化率仍不足30%)。
国科领纤于2023年在江苏常州武进区成立,聚焦氢燃料电池关键材料碳纸及相关“卡脖子”材料的技术攻关和产业化,旨在打破国外垄断、实现关键材料国产自主,国科领纤也是目前国内具备从连续纤维处理、碳原纸生产、碳纸生产全流程技术、批量化生产的团队。创始人为吴刚平博士,其带领的团队成员均来自于国内从事氢燃料电池碳纸研究单位——中科院山西煤炭化学研究所。吴刚平博士从该所毕业后,即从事碳纤维应用基础、工程化、燃料电池气体扩散层用碳纸研究,至今已有二十余年,具备扎实的科学研究基础和丰富的工程化经验。“目前,国内氢燃料电池用碳纸的产业化制备关键材料还处于被国外供应商垄断状态,生产依赖进口原材料二次加工,其价格及产量受原材料制约较大,性价比低。有限的产量不足以支撑我国燃料电池产业激增的市场需求,一定程度上阻碍了国内氢能和燃料电池产业国产自主发展。”吴刚平博士表示。碳纸进行(疏水处理)为完整的气体扩散层。

截至2024年5月,碳纸(尤其是燃料电池级)的成本较高(约200-300元/㎡),制约其大规模应用,行业主要通过以下方向降本:原材料“低成本PAN基碳纤维”(如回收碳纤维再生利用)、“生物基粘结剂”(如木质素树脂,成本降低30%-50%);工艺优化:采用“连续式石墨化炉”缩短生产周期(从5天降至1天)、“惰性气体循环利用系统”减少气体消耗(降低20%-30%);规模化生产:当产能从10万㎡/年提升至100万㎡/年时,单位加工成本可降低30%-40%(摊薄设备折旧与固定成本);检测效率提升:开发“在线实时检测系统”(如原位电阻监测),替代离线抽样检测,缩短检测周期并降低品控损耗。综上,碳纸的成本由“高纯度原材料”和“高温高精度加工”决定,场景的性能要求进一步放大了这些成本因素,而规模化、技术迭代是未来降低成本的关键路径。气体传输:GDL 内部的多孔结构(孔隙率通常 50%-80%)形成连续的 “气体通道”。安徽膜电极用GDL制造
GDL传输反应气体,确保催化层 “原料充足”。湖南空冷电堆用GDL售价
可制备面密度低至6a/m“的分散均匀的、超薄型的碳纤维原纸(该技术已获专利授权)为高质量碳纸的制备提供了材料基础。
通过改进配方和工艺制备的碳纸,碳纤维与树脂炭间界面结合良好,解决了碳纸材料的精细结构问题。
气体扩散层包括疏水型和亲水型,可根据应用场景和用户需求量身定制高通量、长寿命、低成本的气体扩散层。
气体扩散层的价值是 “承上启下”—— 连接流场与催化层,同步实现气体传输、电子传导、水管理三大功能,其性能的均衡性(如透气与排水的平衡、导电与力学强度的平衡)直接决定了燃料电池等装置的功率密度、寿命和稳定性,是能源转换设备产业化的关键组件之一。 湖南空冷电堆用GDL售价
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