湖南PEM制氢用GDL

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。气体扩散层功能：导电（传递电流），排水，机械支撑，热传导，气体扩散氧气/空气和氢气。湖南PEM制氢用GDL

出色的化学与热稳定性需在电池运行的苛刻环境（如酸性氛围、30-100℃工作温度、氧化还原反应）中保持稳定，不发生腐蚀、降解或与其他组件（如电解液、催化层）发生不良反应。化学稳定性：碳纤维基材和涂层材料（如炭材料、PTFE）需耐酸、耐氧化，避免生成杂质影响电池性能；热稳定性：在工作温度范围内不软化、不分解，同时具备一定导热性，辅助散热，避免局部过热。低且均匀的接触电阻与催化层、流场板的界面接触电阻需极低且均匀，避免局部电阻过高导致“热点”，影响反应均匀性和整体效率。优化方式：通过表面改性（如抛光、涂覆导电胶）降低界面接触电阻，确保压力分布均匀。 湖南PEM制氢用GDL电解水制氢用GDL，气体扩散层！

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。 

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”。GDL结构支撑与界面适配：保障电池长期稳定运行。

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！江苏AEM制氢用GDL在做的公司

GDL梯度孔径分布 —— 适配 “双极板→催化层” 的传输需求。湖南PEM制氢用GDL

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）。湖南PEM制氢用GDL

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