碳纸

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均匀扩散气体的作用扩散层输水作用。燃料电池GDL要求：均匀的多孔质结构，透气性能好电阻率低，电子传导能力强结构紧密且表面平整，减小接触电阻，提高导电性能具有一定的机械强度，适当的刚性与柔性，利于电极的制作，提供长期操作条件下电极结构的稳定性适当的亲水/憎水平衡，防止过多的水分阻塞孔隙而导致气体透过性能下降具有较好的化学稳定性和热稳定性。正是由于对气体扩散层用材料的严苛要求，碳纤维纸以其质量轻、表面平整、耐腐蚀、孔隙均匀且强度高，厚度可根据使用要求调整，适合耐久性燃料电池使用，成为GDL的可选材料。碳纸多孔结构设计 —— 构建 “连续且可控” 的气体通道。碳纸

高效输送气体反应物：GDL具有高孔隙率（通常70%-85%）与贯通性孔隙结构，能让气体从双极板流道快速、均匀地扩散至催化层——避免局部气体供应不足导致的“反应死区”，确保催化层每一处活性位点都能接触到足量反应物（如PEMFC中，H₂需穿透GDL到达阳极催化层，O₂到达阴极催化层）。对比无GDL的结构：气体易在电极表面聚集形成“气泡阻隔”，导致反应效率骤降。高效排出液态产物：以PEMFC阴极为例，反应会生成液态水（O₂+2H₂⁺+2e⁻→H₂O），若积水无法排出，会堵塞气体通道（即“水淹”），直接中断气体供应。GDL通过疏水改性（如涂覆PTFE）与梯度孔径设计，既能让液态水在毛细力作用下快速流向双极板流道排出，又能避免水膜完全覆盖催化层（保留气体接触通道），实现“排水不堵气”的平衡。抑制电解液“爬流”：在PEMFC中，质子交换膜（电解质）若因湿度变化或压力差向GDL渗透过量，会填充GDL孔隙并覆盖催化层，导致气体无法接触活性位点。GDL的微孔层（MPL，碳粉+PTFE涂层）能形成“物理屏障”，限制电解液过度渗透，同时维持膜的适度湿润（保障质子传导）。安徽AEM制氢用碳纸报价碳纸”能将反应气体从双极板流道输送至催化层，避免 “局部缺气”。

原材料与结构：通常以短切碳纤维为原料，基质为天然纸浆或合成纸浆，辅以黏合剂和填料，经抄纸工艺制造而成。生产工艺：主要有湿法工艺和干法工艺。湿法工艺以水为介质，将短切碳纤维均匀分散在水中，利用抄纸机真空过滤制备原纸，再经树脂浸渍、热压固化和碳化石墨化等过程制成，产品均匀性和致密性好。干法工艺以空气为介质，采用气流成网工艺加工成原纸，并经涂胶、干燥、碳化等后道工艺加工制备而成，其碳纤维含量高，产品强度高。

优势3：优异的“环境耐受性”，延长系统寿命电化学系统的工作环境往往存在“腐蚀性、氧化性、温度波动”等挑战，GDL通过材料选择与改性，具备极强的环境适应性：耐腐蚀性：GDL基材（碳纤维）本身化学惰性强，且表面通常经过抗氧化涂层处理（如碳化硅、石墨涂层），能耐受PEMFC的酸性环境（H⁺）、阴极的强氧化性（O₂在高电位下易产生氧化自由基），以及电解水装置的碱性环境（OH⁻）——长期使用（数千小时）无结构降解或性能衰减，避免因GDL腐蚀导致的系统失效。耐温与耐湿度循环：GDL能在宽温度范围（-40℃~200℃）内保持物理性能稳定，且纤维与涂层的热膨胀系数匹配，不会因温度骤变（如燃料电池冷启动-40℃→正常运行80℃）产生开裂；同时，其疏水/亲水结构在湿度循环（低湿度→高湿度）中不会失效，始终维持传质效率。AEM、PEM用GDL，气体扩散层，碳纸！

GDL 的优势本质 ——“多功能集成的桥梁”气体扩散层的所有优势，本质是其实现了 “传质（气体 / 液体）、导电、支撑、耐环境四大功能的集成”：它既是气体从流道到催化层的 “传输管道”，也是电子从催化层到双极板的 “导电导线”，还是维持系统结构与寿命的 “支撑骨架”。没有 GDL，燃料电池、高效电解水等电化学系统无法实现 “高效、稳定、长寿命” 运行，其性能会倒退至 “实验室演示级别”，无法满足商业化应用（如汽车、储能）的需求。碳纸优异的导电性与导热性。河南PEM制氢用碳纸生产厂家

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。碳纸

1.基体纤维（占原材料成本70%-80%）碳纸的“骨架”由碳纤维制成，其品质直接决定碳纸的性能，也是成本差异的关键：场景（如燃料电池GDL）：需使用聚丙烯腈基（PAN基）高模碳纤维（如日本东丽T700、国内中简科技ZT700），这类碳纤维纯度高（碳含量＞95%）、直径细（5-7μm）、强度高（拉伸强度＞4.9GPa），但价格昂贵——截至2024年5月，工业级PAN基碳纤维单价约200-500元/公斤，而用于碳纸的“超细旦、高纯度”规格单价可达800-1500元/公斤。中低端场景（如普通过滤）：可使用沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维，价格较低（约50-200元/公斤），但性能（如导电性、耐腐蚀性）较差。2.粘结剂（占原材料成本10%-20%）用于将碳纤维粘结成纸状基材，需具备“高温碳化后不残留杂质、与碳纤维相容性好”的特性，常用材料为：酚醛树脂、环氧树脂：主流选择，需使用高纯度（杂质含量＜0.1%）的特种树脂，避免碳化后引入金属离子（影响导电性），单价约150-300元/公斤；聚酰亚胺（PI）：用于碳纸（如耐2000℃以上高温场景），粘结强度更高、碳化后碳残留率高，但单价可达800-1200元/公斤，进一步推高成本。碳纸

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