作为未来清洁能源市场的重要一极,氢燃料电池的产业化技术必须实现国产可控,而气体扩散层、催化剂、交换膜是氢燃料电池和PEM电解槽的关键零部件,作为业内公认的三大“卡脖子”材料,催化剂和交换膜已陆续实现国产自主。气体扩散层(GDL)是燃料电池重要组件之一,其主要作用在于:催化剂的载体支撑电机结构导电作用...
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。电解水制氢(电解槽),优势:耐强酸性的环境,GDL在PEM阳极水到催化剂层排出生成氧,阴极扩散氢气排出水。浙江PEM制氢用GDL报价
作为气体扩散层的基材,碳纸的制备,除了准备原料、打浆抄纸、浸渍、固化这些步骤,还需碳化、石墨化处理。而气体扩散层的制备一般称为抄纸制程,在制程中还必须改善碳纸原料特性、导电性以及化学安定性。其方法为以碳纤维纸为基础再添加碳复合材料混合后热处理,其制程中还可以添加适当的中间原料并配合使用的特性研发出相同的碳纸。方法为以碳纤维纸为基础再添加碳复合材料混合后热处理,其制程中还可以添加适当的中间原料并配合使用的特性研发出相同的碳纸。碳纸在造纸阶段前必须先将连续长丝纤维切断成为3~12mm之间的短纤维段,组成短纤维段后的制程依序分为1.抄纸,2.含浸复合树脂,3.热压成形,4.碳化处理以及5.石墨化处理。复杂的工艺决定了碳纸是当前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,我国至今未能实现量产碳纸。目前可应用在燃料电池气体扩散层的碳纸生产厂商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中国台湾碳能等公司。因此,碳纸也被称之为燃料电池材料国产化的“一个壁垒”。浙江PEM制氢用GDL报价GDL多孔结构设计 —— 构建 “连续且可控” 的气体通道。

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。
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%)。 自主设计、定制的设备!

在电解水制氢(尤其是质子交换膜电解池PEMWE、阴离子交换膜电解池AEMWE)中,GDL的作用是“传输反应物/产物+导电+支撑催化层”:PEMWE(酸性电解池):GDL分别用于阳极(传输水、排出氧气)和阴极(传输氢气、支撑析氢催化层),需耐酸性、耐氧化(阳极高电位环境),同时具备优异的液体(水)传输能力;AEMWE(碱性电解池):GDL需适配碱性环境,传输电解液(如KOH溶液)和气体(氢气/氧气),避免碱腐蚀,保障电解效率;应用场景:工业绿氢制备(如化工、钢铁脱碳)、可再生能源(风电/光伏)配套储能制氢,GDL的稳定性直接影响电解池的运行寿命。液流电池,电极材料:替代传统碳毡或碳布,利用其高导电性和均匀孔隙结构,促进电解液与电极表面的接触。陕西氢燃料电池用GDL价格优惠
拥有碳纤维表面上浆剂、可控分散/凝聚、粘结剂的自主知识产权,可制备出超薄(6g/㎡)分散均匀的碳纤维原纸。浙江PEM制氢用GDL报价
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。浙江PEM制氢用GDL报价
国科领纤新材料(常州)有限公司是一家有着先进的发展理念,先进的管理经验,在发展过程中不断完善自己,要求自己,不断创新,时刻准备着迎接更多挑战的活力公司,在江苏省等地区的纸业中汇聚了大量的人脉以及**,在业界也收获了很多良好的评价,这些都源自于自身的努力和大家共同进步的结果,这些评价对我们而言是比较好的前进动力,也促使我们在以后的道路上保持奋发图强、一往无前的进取创新精神,努力把公司发展战略推向一个新高度,在全体员工共同努力之下,全力拼搏将共同国科领纤新材料供应和您一起携手走向更好的未来,创造更有价值的产品,我们将以更好的状态,更认真的态度,更饱满的精力去创造,去拼搏,去努力,让我们一起更好更快的成长!
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