陕西空冷电堆用气体扩散层

国科领纤，聚焦氢燃料电池关键材料碳纸及相关材料的技术攻关和产业化，致力于实现关键材料国产化。创始人吴刚平博士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，国科领纤也是目前国内具备连续纤维处理、碳原纸生产、碳纸生产全流程技术及批量化生产能力的团队。气体扩散层、催化剂、交换膜是氢燃料电池和PEM电解槽的三大关键零部件。目前，催化剂和交换膜已陆续实现国产自主，而碳纸作为气体扩散层的基材，是制约我国氢燃料电池领域发展的基础材料。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，我国至今未能实现碳纸量产，国内氢燃料电池用碳纸的产业化制备关键材料仍然由国外供应商所主导。因此，碳纸也被称之为燃料电池材料国产化的“一个壁垒”。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。陕西空冷电堆用气体扩散层

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%）。陕西空冷电堆用气体扩散层拥有自主设计、定制的设备！

电解水制氢设备（如PEM电解槽）在绿色制氢技术中，质子交换膜电解槽（PEMEC）通过电解水生成氢气和氧气，GDL分别应用于阴极（产氢侧）和阳极（产氧侧）：阴极GDL：促进水分子扩散至催化层，同时将生成的氢气及时导出（避免气体滞留影响电解效率）；阳极GDL：耐受高氧化性环境（产氧过程伴随强氧化），并传输氧气和电解液；此外，GDL需具备优异的耐腐蚀性（应对酸性电解液）和机械强度，适应电解槽的高压运行环境。5.其他新兴领域除上述主流场景外，GDL还在以下领域逐步应用：金属-空气电池（如锌-空气电池）：作为空气正极的“气体通道”，实现氧气从大气扩散至催化层，同时排出反应产物；传感器（如气体传感器）：利用其多孔结构和导电特性，实现目标气体的快速扩散与信号传导，提升传感器的响应速度和灵敏度；电催化反应器（如CO₂还原反应装置）：为CO₂气体、电解液与催化层提供三相接触界面，促进CO₂高效还原为甲醇、乙烯等化学品。综上，气体扩散层的应用逻辑是“解决气-液-固三相界面的传质、导电与产物排出问题”，因此其性能（如孔隙率、透气性、导电性、耐腐蚀性）直接决定了相关设备的效率、寿命和成本，是新能源（氢能、储能）领域不可或缺的关键材料。

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。 疏水性碳纸应用:电解池、湿度传感器、需要水传输的燃料电池设计。

碳纸凭借其高导电性、多孔结构、优异的化学稳定性和机械强度，在多个高技术领域中扮演关键角色，尤其在能源转换与存储、特种工业等场景中应用。其应用领域可按功能需求分为 “能源部件”“特种功能材料” 和 “新兴技术场景” 三大类，具体如下：一、应用：能源转换与存储领域（占比超 80%）碳纸的应用场景是作为能源装置的 “功能载体”，作用是构建 “电子通道、气体通道、散热通道”，解决能源转换过程中的 “传质、导电、抗腐蚀” 问题，其中以燃料电池领域为关键。气体扩散层适配 “双极板→催化层” 的传输需求。江苏水冷电堆用气体扩散层生产厂家

疏水性碳纸应用:质子交换膜燃料电池(PEMFC的GDL，需严格水分平衡的系统。陕西空冷电堆用气体扩散层

在质子交换膜燃料电池中，需同时实现“保水”与“排水”：保水：维持质子交换膜的湿润状态，保证质子传导效率；排水：排出催化层生成的液态水，避免堵塞气体通道导致“缺气”。实现方式：通过PTFE（聚四氟乙烯）疏水涂层调控亲疏水性，结合多孔结构的毛细作用，平衡水的留存与排出。稳定的力学性能需耐受电池组装时的夹紧压力（通常0.5-2MPa）、长期运行中的温度/湿度循环变化，避免变形、破损或分层，确保组件结构完整性。关键指标：拉伸强度（炭纸纵向一般＞15MPa）、弯曲强度、耐疲劳性，需在干湿交替、冷热循环下保持力学稳定性。陕西空冷电堆用气体扩散层

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