国科领纤:突破关键材料“卡脖子”难题国科领纤成立于2023年,自成立以来便专注于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。在本次展会上,国科领纤充分展示了其在碳纸及碳复合材料生产方面的技术实力。目前,我国氢燃料电池基础原材料在一定程度上依赖进口,碳纸及气体扩散层便是其中关键一环。国科领纤迎难而上,全力投入研发,致力于打破国外垄断。生产总监表示,公司研制的产品已在技术层面取得重大突破,有望在半年内推动量产。这一成果对于我国氢燃料电池汽车产业而言意义非凡,将有效降低产业成本,提升供应链的稳定性与自主性。碳纸高机械强度,抗压缩抗振动。重庆碳纸厂家价格
高效输送气体反应物:GDL具有高孔隙率(通常70%-85%)与贯通性孔隙结构,能让气体从双极板流道快速、均匀地扩散至催化层——避免局部气体供应不足导致的“反应死区”,确保催化层每一处活性位点都能接触到足量反应物(如PEMFC中,H₂需穿透GDL到达阳极催化层,O₂到达阴极催化层)。对比无GDL的结构:气体易在电极表面聚集形成“气泡阻隔”,导致反应效率骤降。高效排出液态产物:以PEMFC阴极为例,反应会生成液态水(O₂+2H₂⁺+2e⁻→H₂O),若积水无法排出,会堵塞气体通道(即“水淹”),直接中断气体供应。GDL通过疏水改性(如涂覆PTFE)与梯度孔径设计,既能让液态水在毛细力作用下快速流向双极板流道排出,又能避免水膜完全覆盖催化层(保留气体接触通道),实现“排水不堵气”的平衡。抑制电解液“爬流”:在PEMFC中,质子交换膜(电解质)若因湿度变化或压力差向GDL渗透过量,会填充GDL孔隙并覆盖催化层,导致气体无法接触活性位点。GDL的微孔层(MPL,碳粉+PTFE涂层)能形成“物理屏障”,限制电解液过度渗透,同时维持膜的适度湿润(保障质子传导)。浙江碳纸疏水性碳纸强拒水性:保持孔隙通畅,防止水淹电极气体扩散优化:确保反应气体传输。
优势2:兼具“导电”与“机械支撑”,系统结构稳定GDL不仅是“传质通道”,还是电化学系统的“导电骨架”与“结构支撑体”,其优势体现在两点:低电阻电子传导,减少能量损耗:GDL的基材(如碳纸、碳布)由高导电性的碳纤维制成,且经过石墨化处理,体积电阻率通常<10mΩ・cm——能连接催化层与双极板,将反应产生的电子(阳极)或所需电子(阴极)传输,降低“欧姆损耗”(电化学系统的主要能量损耗之一)。若用普通导电材料(如金属网)替代:金属易被电解液腐蚀(如PEMFC的酸性环境),且无法兼度顾传质需求,反而增加系统内阻,机械支撑,耐受苛刻工况:燃料电池组装时,需对电池堆施加1-3MPa的压紧力(确保各层紧密接触、降低接触电阻);运行中还会经历温度波动(-40℃~80℃)与湿度变化。GDL的碳纤维骨架具有高抗压强度与耐温性,能在压紧力下保持孔隙结构不坍塌,同时支撑脆弱的催化层与质子交换膜(避免膜被压破或催化层脱落),电池堆长期结构稳定。
气体扩散层(GasDiffusionLayer,GDL)是燃料电池(如质子交换膜燃料电池PEMFC)、电解池等能源转换装置的组件之一,其性能直接影响装置的传质效率、导电性、稳定性及整体输出性能,性能可从以下关键维度展开:1.优异的气体传输性能作为“气体通道”,需确保反应气体(如燃料电池的氢气、氧气)、均匀地从流场扩散至催化层,同时及时排出生成的水(如PEMFC的液态水),避免“水淹”堵塞通道。关键指标:透气性(气体渗透率)、孔隙率(通常30%-70%,需平衡透气与力学强度)、孔结构分布(梯度孔结构更利于水-气协同传输)。2.良好的电子导电性需作为“电子通路”,将催化层产生的电子(燃料电池)或外部电路输入的电子(电解池)传导至集流板,减少界面接触电阻和体电阻。特征:通常由碳纤维(如炭纸、炭布)制备,含导电涂层(如炭黑+PTFE),体积电阻率一般低于10⁻³Ω・cm,确保电子传输损耗小。碳纸兼顾高透气性 “传质调控”。
1.基体纤维(占原材料成本70%-80%)碳纸的“骨架”由碳纤维制成,其品质直接决定碳纸的性能,也是成本差异的关键:场景(如燃料电池GDL):需使用聚丙烯腈基(PAN基)高模碳纤维(如日本东丽T700、国内中简科技ZT700),这类碳纤维纯度高(碳含量>95%)、直径细(5-7μm)、强度高(拉伸强度>4.9GPa),但价格昂贵——截至2024年5月,工业级PAN基碳纤维单价约200-500元/公斤,而用于碳纸的“超细旦、高纯度”规格单价可达800-1500元/公斤。中低端场景(如普通过滤):可使用沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维,价格较低(约50-200元/公斤),但性能(如导电性、耐腐蚀性)较差。2.粘结剂(占原材料成本10%-20%)用于将碳纤维粘结成纸状基材,需具备“高温碳化后不残留杂质、与碳纤维相容性好”的特性,常用材料为:酚醛树脂、环氧树脂:主流选择,需使用高纯度(杂质含量<0.1%)的特种树脂,避免碳化后引入金属离子(影响导电性),单价约150-300元/公斤;聚酰亚胺(PI):用于碳纸(如耐2000℃以上高温场景),粘结强度更高、碳化后碳残留率高,但单价可达800-1200元/公斤,进一步推高成本。碳纸耐受恶劣工况,延长使用寿命。浙江碳纸
碳纸”能将反应气体从双极板流道输送至催化层,避免 “局部缺气”。重庆碳纸厂家价格
碳纸的复杂性不仅在于步骤多,更在于每个环节都存在“矛盾点”,需通过精密调控平衡性能:纤维分散与均匀性:短切碳纤维表面惰性强,易团聚,需添加分散剂(如阳离子表面活性剂),但分散剂过量会影响后续树脂结合;同时,抄纸过程中纤维易沿水流方向定向排列,导致碳纸“各向异性”(不同方向导电性差异>10%),需通过调整抄纸机网部转速优化。孔隙率与强度的平衡:燃料电池用碳纸需30%-50%的孔隙率(保证气体流通),但孔隙率过高会导致机械强度下降(易在组装时断裂),需通过树脂含量、热压压力、碳化温度的协同调控,在“透气”和“抗折”之间找到平衡点。高温工艺的稳定性:石墨化阶段需2000℃以上高温,设备(如石墨化炉)需耐极端高温且温度场均匀(炉内温差需<5℃),否则会导致碳纸局部石墨化度不一致,导电性出现“热点”,影响燃料电池寿命。成本与性能的矛盾:高性能碳纸依赖高纯度短切碳纤维(如T700级)和高功率石墨化设备,单吨碳纤维价格超10万元,石墨化过程能耗占总成本的30%以上,而降低成本(如用低成本碳纤维)又会导致性能下降,形成技术瓶颈。重庆碳纸厂家价格
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