空冷电堆用气体扩散层制造

高温隔热与密封特种隔热：在航天器、火箭发动机等高温场景中，碳纸（尤其是石墨化碳纸）的导热系数低（＜0.1W/(m・K)）且耐 2000℃以上高温，可作为 “轻质隔热层”，替代传统陶瓷纤维（重量为陶瓷的 1/3）；高温密封：在石油化工的高温管道、阀门中，碳纸与金属复合后可制成 “密封垫片”，耐受 300℃以上高温（＞10MPa），且不与介质（如原油、溶剂）发生反应，使用寿命是传统石棉垫片的 5-10 倍。三、新兴应用：前沿技术领域随着材料改性技术（如碳纳米管、石墨烯复合）的发展，碳纸在新兴领域的应用不断拓展，是利用其 “可定制化” 的结构与性能。气体扩散层疏水改性 —— 避免 “水淹” 阻断气体通道。空冷电堆用气体扩散层制造

氢燃料电池（主要应用）在质子交换膜燃料电池（PEMFC，氢燃料电池的主流技术路线）中，碳纸是气体扩散层（GDL）的基材，位于“膜电极（MEA）”与“双极板”之间，是燃料电池发电的“关键桥梁”，具体功能包括：气体传输：多孔结构（孔隙率30%-50%）可均匀分配氢气/氧气到膜电极表面，确保反应气体充分接触催化剂；电子传导：高导电性（体积电阻率＜10mΩ・cm）可将反应产生的电子传导至双极板，形成外部电流；水管理：经聚四氟乙烯（PTFE）疏水处理后，可排出反应生成的水（避免电解液“水淹”催化剂），同时防止电解液渗透；散热与支撑：良好的导热性可带走反应热量，避免局部过热；机械强度可支撑膜电极，防止组装时破损。目前，车用氢燃料电池（如丰田M、国内比亚迪氢能车）、便携式燃料电池（如无人机、应急电源）均依赖高品级碳纸，且对碳纸的“薄型化（厚度0.1-0.2mm）、低电阻率、高抗折性”要求极高。 空冷电堆用气体扩散层制造疏水性碳纸特性:高吸水能力:促进水分渗透和分布，避免局部干燥。

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。

出色的化学与热稳定性需在电池运行的苛刻环境（如酸性氛围、30-100℃工作温度、氧化还原反应）中保持稳定，不发生腐蚀、降解或与其他组件（如电解液、催化层）发生不良反应。化学稳定性：碳纤维基材和涂层材料（如炭材料、PTFE）需耐酸、耐氧化，避免生成杂质影响电池性能；热稳定性：在工作温度范围内不软化、不分解，同时具备一定导热性，辅助散热，避免局部过热。低且均匀的接触电阻与催化层、流场板的界面接触电阻需极低且均匀，避免局部电阻过高导致“热点”，影响反应均匀性和整体效率。优化方式：通过表面改性（如抛光、涂覆导电胶）降低界面接触电阻，确保压力分布均匀。GDL具体包括气体输送功能、排水功能、支撑功能、导电功能和导热功能。

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。拥有过硬、经验丰富的团队，完备的基础研究、技术开发、器件组装，响应市场需求，产品持续迭代。空冷电堆用气体扩散层制造

气体扩散层适配 “双极板→催化层” 的传输需求。空冷电堆用气体扩散层制造

预氧化与碳化阶段（占加工成本40%-50%）是碳纸“性能转化”的环节，步骤：预氧化：在200-300℃空气氛围中，使粘结剂与碳纤维发生交联反应，防止后续碳化时纤维断裂，需使用“连续式热风隧道炉”，升温速率严格（5-10℃/min），单吨碳纸能耗约500-800kWh；碳化：在800-1200℃惰性气体（氮气/氩气）氛围中，去除原材料中的非碳元素（如H、O、N），使碳含量提升至90%以上，需使用“高温管式炉”，惰性气体消耗量大（单吨碳纸需氮气约500-1000m³），能耗约1500-2500kWh/吨——碳化阶段的能耗成本就占加工成本的30%以上。空冷电堆用气体扩散层制造

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