1.質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)——應(yīng)用場(chǎng)景質(zhì)子交換膜燃料電池是當(dāng)前新能源汽車(氫燃料電池車)、分布式發(fā)電、便攜式電源的技術(shù),而GDL是其“膜電極組件(MEA)”的關(guān)鍵組成部分(位于“催化層”與“雙極板”之間),具體功能包括:氣體傳輸:將雙極板流道中的氫氣(陽(yáng)極)、氧氣/空氣(陰極)均勻擴(kuò)散至催化層表面,確保反應(yīng)位點(diǎn)充分接觸反應(yīng)物;電子傳導(dǎo):作為導(dǎo)電通路,將催化層產(chǎn)生的電子傳遞至雙極板(形成外電路電流);水管理:通過(guò)自身多孔結(jié)構(gòu),及時(shí)排出陰極生成的液態(tài)水(避免“水淹”堵塞氣體通道),同時(shí)保留少量水分維持質(zhì)子交換膜的濕潤(rùn)性(質(zhì)子傳導(dǎo));支撐與緩沖:為脆弱的催化層和質(zhì)子交換膜提供機(jī)械支撐,雙極板組裝時(shí)的壓力沖擊,確保MEA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。擁有配方與材料匹配!陜西PEM制氫用碳紙生產(chǎn)廠家
由于碳紙是燃料電池的“功能件”,其質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)苛,進(jìn)一步增加了工藝復(fù)雜度:微觀結(jié)構(gòu):需用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察孔隙分布,要求孔徑均勻(5-20μm),無(wú)明顯團(tuán)聚或裂紋;電學(xué)性能:體積電阻率需<10mΩ?cm(石墨化后),且不同區(qū)域電阻率偏差<5%;機(jī)械性能:抗折強(qiáng)度需>5MPa,拉伸強(qiáng)度需>15MPa,避免在燃料電池組裝(螺栓緊固)時(shí)破損;疏水性能:水接觸角需>110°(確保電解液不滲透)。綜上,碳紙的制備是“精細(xì)化工+高溫材料+精密機(jī)械”的綜合過(guò)程,每個(gè)步驟都需攻克材料兼容性、工藝穩(wěn)定性、性能平衡性等難題,因此其工藝流程具有復(fù)雜性,也是過(guò)去我國(guó)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的原因之一(截至2024年5月,國(guó)內(nèi)少數(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)高品級(jí)碳紙量產(chǎn),國(guó)產(chǎn)化率仍不足30%)。空冷電堆用碳紙大概價(jià)格多少質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC),PEMFC 是碳紙的應(yīng)用場(chǎng)景。

檢測(cè)成本(占該模塊成本30%-40%)碳紙需全項(xiàng)檢測(cè),確保性能一致性,檢測(cè)項(xiàng)目與成本包括:性能檢測(cè):導(dǎo)電性(四探針電阻儀,單臺(tái)約50萬(wàn)元)、孔隙率(壓汞儀,單臺(tái)約200萬(wàn)元)、耐腐蝕性(電化學(xué)工作站,單臺(tái)約100萬(wàn)元),每批次抽樣檢測(cè)率需達(dá)10%以上;可靠性測(cè)試:如燃料電池碳紙需進(jìn)行“1000次干濕循環(huán)測(cè)試”“5000次彎曲測(cè)試”,測(cè)試周期長(zhǎng)(約1-2周),且需模擬環(huán)境設(shè)備(約500-1000萬(wàn)元);品控?fù)p耗:碳紙的成品率較低(如燃料電池級(jí)碳紙成品率約60%-80%),不合格品需報(bào)廢,進(jìn)一步推高單位成本。
在電解水制氫(尤其是質(zhì)子交換膜電解池PEMWE、陰離子交換膜電解池AEMWE)中,GDL的作用是“傳輸反應(yīng)物/產(chǎn)物+導(dǎo)電+支撐催化層”:PEMWE(酸性電解池):GDL分別用于陽(yáng)極(傳輸水、排出氧氣)和陰極(傳輸氫氣、支撐析氫催化層),需耐酸性、耐氧化(陽(yáng)極高電位環(huán)境),同時(shí)具備優(yōu)異的液體(水)傳輸能力;AEMWE(堿性電解池):GDL需適配堿性環(huán)境,傳輸電解液(如KOH溶液)和氣體(氫氣/氧氣),避免堿腐蝕,保障電解效率;應(yīng)用場(chǎng)景:工業(yè)綠氫制備(如化工、鋼鐵脫碳)、可再生能源(風(fēng)電/光伏)配套儲(chǔ)能制氫,GDL的穩(wěn)定性直接影響電解池的運(yùn)行壽命。疏水性碳紙應(yīng)用:質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC的GDL,需嚴(yán)格水分平衡的系統(tǒng)。

國(guó)科領(lǐng)纖,聚焦氫燃料電池關(guān)鍵材料碳紙及相關(guān)材料的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化,致力于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化。創(chuàng)始人吳剛平博士從事碳纖維應(yīng)用基礎(chǔ)、工程化、燃料電池氣體擴(kuò)散層用碳紙研究,至今已有二十余年,國(guó)科領(lǐng)纖也是目前國(guó)內(nèi)具備連續(xù)纖維處理、碳原紙生產(chǎn)、碳紙生產(chǎn)全流程技術(shù)及批量化生產(chǎn)能力的團(tuán)隊(duì)。氣體擴(kuò)散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的三大關(guān)鍵零部件。目前,催化劑和交換膜已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主,而碳紙作為氣體擴(kuò)散層的基材,是制約我國(guó)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(fù)雜工藝及裝備,我國(guó)至今未能實(shí)現(xiàn)碳紙量產(chǎn),國(guó)內(nèi)氫燃料電池用碳紙的產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵材料仍然由國(guó)外供應(yīng)商所主導(dǎo)。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國(guó)產(chǎn)化的“一個(gè)壁壘”。碳紙孔徑與分布可定制。湖南空冷電堆用碳紙報(bào)價(jià)
碳紙輕量化與薄型化特性。陜西PEM制氫用碳紙生產(chǎn)廠家
1.基體纖維(占原材料成本70%-80%)碳紙的“骨架”由碳纖維制成,其品質(zhì)直接決定碳紙的性能,也是成本差異的關(guān)鍵:場(chǎng)景(如燃料電池GDL):需使用聚丙烯腈基(PAN基)高模碳纖維(如日本東麗T700、國(guó)內(nèi)中簡(jiǎn)科技ZT700),這類碳纖維純度高(碳含量>95%)、直徑細(xì)(5-7μm)、強(qiáng)度高(拉伸強(qiáng)度>4.9GPa),但價(jià)格昂貴——截至2024年5月,工業(yè)級(jí)PAN基碳纖維單價(jià)約200-500元/公斤,而用于碳紙的“超細(xì)旦、高純度”規(guī)格單價(jià)可達(dá)800-1500元/公斤。中低端場(chǎng)景(如普通過(guò)濾):可使用瀝青基碳纖維或粘膠基碳纖維,價(jià)格較低(約50-200元/公斤),但性能(如導(dǎo)電性、耐腐蝕性)較差。2.粘結(jié)劑(占原材料成本10%-20%)用于將碳纖維粘結(jié)成紙狀基材,需具備“高溫碳化后不殘留雜質(zhì)、與碳纖維相容性好”的特性,常用材料為:酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂:主流選擇,需使用高純度(雜質(zhì)含量<0.1%)的特種樹(shù)脂,避免碳化后引入金屬離子(影響導(dǎo)電性),單價(jià)約150-300元/公斤;聚酰亞胺(PI):用于碳紙(如耐2000℃以上高溫場(chǎng)景),粘結(jié)強(qiáng)度更高、碳化后碳?xì)埩袈矢撸珕蝺r(jià)可達(dá)800-1200元/公斤,進(jìn)一步推高成本。陜西PEM制氫用碳紙生產(chǎn)廠家
國(guó)科領(lǐng)纖新材料(常州)有限公司在同行業(yè)領(lǐng)域中,一直處在一個(gè)不斷銳意進(jìn)取,不斷制造創(chuàng)新的市場(chǎng)高度,多年以來(lái)致力于發(fā)展富有創(chuàng)新價(jià)值理念的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),在江蘇省等地區(qū)的紙業(yè)中始終保持良好的商業(yè)口碑,成績(jī)讓我們喜悅,但不會(huì)讓我們止步,殘酷的市場(chǎng)磨煉了我們堅(jiān)強(qiáng)不屈的意志,和諧溫馨的工作環(huán)境,富有營(yíng)養(yǎng)的公司土壤滋養(yǎng)著我們不斷開(kāi)拓創(chuàng)新,勇于進(jìn)取的無(wú)限潛力,國(guó)科領(lǐng)纖新材料供應(yīng)攜手大家一起走向共同輝煌的未來(lái),回首過(guò)去,我們不會(huì)因?yàn)槿〉昧艘稽c(diǎn)點(diǎn)成績(jī)而沾沾自喜,相反的是面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的市場(chǎng)氛圍,我們更要明確自己的不足,做好迎接新挑戰(zhàn)的準(zhǔn)備,要不畏困難,激流勇進(jìn),以一個(gè)更嶄新的精神面貌迎接大家,共同走向輝煌回來(lái)!