作為未來清潔能源市場的重要一極,氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)必須實現(xiàn)國產(chǎn)可控,而氣體擴散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的關(guān)鍵零部件,作為業(yè)內(nèi)公認的三大“卡脖子”材料,催化劑和交換膜已陸續(xù)實現(xiàn)國產(chǎn)自主。氣體擴散層(GDL)是燃料電池重要組件之一,其主要作用在于:催化劑的載體支撐電機結(jié)構(gòu)導電作用均勻擴散氣體的作用擴散層輸水作用。燃料電池GDL要求:均勻的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu),透氣性能好電阻率低,電子傳導能力強結(jié)構(gòu)緊密且表面平整,減小接觸電阻,提高導電性能具有一定的機械強度,適當?shù)膭傂耘c柔性,利于電極的制作,提供長期操作條件下電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性適當?shù)挠H水/憎水平衡,防止過多的水分阻塞孔隙而導致氣體透過性能下降具有較好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。正是由于對氣體擴散層用材料的嚴苛要求,碳纖維紙以其質(zhì)量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙均勻且強度高,厚度可根據(jù)使用要求調(diào)整,適合耐久性燃料電池使用,成為GDL的可選材料。 擁有碳纖維表面上漿劑、可控分散/凝聚、粘結(jié)劑的自主知識產(chǎn)權(quán),可制備出超薄(6g/㎡)分散均勻的碳纖維原紙。海南PEM制氫用氣體擴散層

經(jīng)第三方檢測和下游用戶評價,國科領(lǐng)纖生產(chǎn)的碳紙與國際企業(yè)的碳紙性能指標相當,個別指標更優(yōu),可解決燃料電池材料“壁壘”,其碳紙及氣體擴散層性能穩(wěn)定、壽命長,能助力電池效率提升30%。公司擁有強大的設(shè)備設(shè)計能力,能夠自主設(shè)計原紙抄造試驗線、浸膠固化試驗線等設(shè)備,還開發(fā)了多項碳紙制備行業(yè)技術(shù),可解決碳紙制備過程中材料均一性、批次穩(wěn)定性的問題,保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。國科領(lǐng)纖產(chǎn)品價格為進口的60%,交付周期縮短50%,具有更高的性價比和更快的市場響應(yīng)速度。公司可以根據(jù)客戶需求,全程從生產(chǎn)加工全流程定制出1:1匹配碳紙與氣體擴散層。河北氫燃料電池用氣體擴散層大概價格多少電解水制氫優(yōu)勢:耐強酸性的環(huán)境,GDL在PEM中陽極水到催化劑層排出生成的氧氣,陰極擴散氫氣排出多余的水。

預氧化與碳化階段(占加工成本40%-50%)是碳紙“性能轉(zhuǎn)化”的環(huán)節(jié),步驟:預氧化:在200-300℃空氣氛圍中,使粘結(jié)劑與碳纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),防止后續(xù)碳化時纖維斷裂,需使用“連續(xù)式熱風隧道爐”,升溫速率嚴格(5-10℃/min),單噸碳紙能耗約500-800kWh;碳化:在800-1200℃惰性氣體(氮氣/氬氣)氛圍中,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“高溫管式爐”,惰性氣體消耗量大(單噸碳紙需氮氣約500-1000m3),能耗約1500-2500kWh/噸——碳化階段的能耗成本就占加工成本的30%以上。
氣體擴散層(GDL)作為傳質(zhì)、導電與結(jié)構(gòu)支撐組件,其應(yīng)用場景集中在依賴“多相傳輸(氣、液、電子、離子)”的能源轉(zhuǎn)換與存儲裝置中,GDL的應(yīng)用邏輯是“解決多相(氣、液、電子)傳輸?shù)膮f(xié)同與平衡”,其性能(如透氣性、導電性、耐腐蝕性)需根據(jù)具體裝置的工作環(huán)境(酸性/堿性、溫度、壓力)定制。目前,隨著氫能、儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,PEMFC和電解池是GDL規(guī)?;瘧?yīng)用潛力的領(lǐng)域,技術(shù)迭代方向集中在“高穩(wěn)定性、低成本、梯度孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化”以適配更高功率密度、更長壽命的能源裝置需求。 碳紙為生碳紙和疏水處理碳紙(5-30%)碳紙是氣體擴散層(GDL)主要材料之一。

作為氣體擴散層的基材,碳紙的制備,除了準備原料、打漿抄紙、浸漬、固化這些步驟,還需碳化、石墨化處理。而氣體擴散層的制備一般稱為抄紙制程,在制程中還必須改善碳紙原料特性、導電性以及化學安定性。其方法為以碳纖維紙為基礎(chǔ)再添加碳復合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。方法為以碳纖維紙為基礎(chǔ)再添加碳復合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。碳紙在造紙階段前必須先將連續(xù)長絲纖維切斷成為3~12mm之間的短纖維段,組成短纖維段后的制程依序分為1.抄紙,2.含浸復合樹脂,3.熱壓成形,4.碳化處理以及5.石墨化處理。復雜的工藝決定了碳紙是當前制約我國氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)材料,受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備,我國至今未能實現(xiàn)量產(chǎn)碳紙。目前可應(yīng)用在燃料電池氣體擴散層的碳紙生產(chǎn)廠商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中國臺灣碳能等公司。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國產(chǎn)化的“一個壁壘”。氣體擴散層結(jié)構(gòu)完整性與機械適配 —— 確保通道長期通暢。廣西PEM制氫用氣體擴散層在做的公司
直接甲醇燃料電池(DMFC)GDL需要更好的疏水處理防堵塞孔隙。堿性燃料電池堿性GDL采用耐堿腐蝕的涂層。海南PEM制氫用氣體擴散層
碳紙的生產(chǎn)成本結(jié)構(gòu)與其 “高技術(shù)壁壘、多環(huán)節(jié)工藝、高純度原料” 的特性直接相關(guān),可拆解為原材料成本、生產(chǎn)加工成本、后處理與檢測成本三大模塊,其中原材料和關(guān)鍵加工環(huán)節(jié)是成本占比部分。不同應(yīng)用場景(如氫燃料電池用碳紙 vs 普通工業(yè)用碳紙)的成本構(gòu)成差異較大,以下以應(yīng)用廣、技術(shù)要求的 “燃料電池級碳紙” 為例,詳細分析其成本構(gòu)成:一、原材料成本:占總成本 40%-60%(驅(qū)動因素)碳紙的原材料決定了其基礎(chǔ)性能(如導電性、機械強度,主要括基體纖維、粘結(jié)劑、功能改性劑三類:海南PEM制氫用氣體擴散層
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