内蒙古电解水制氢用气体扩散层制造

电解水制氢设备（如PEM电解槽）在绿色制氢技术中，质子交换膜电解槽（PEMEC）通过电解水生成氢气和氧气，GDL分别应用于阴极（产氢侧）和阳极（产氧侧）：阴极GDL：促进水分子扩散至催化层，同时将生成的氢气及时导出（避免气体滞留影响电解效率）；阳极GDL：耐受高氧化性环境（产氧过程伴随强氧化），并传输氧气和电解液；此外，GDL需具备优异的耐腐蚀性（应对酸性电解液）和机械强度，适应电解槽的高压运行环境。5.其他新兴领域除上述主流场景外，GDL还在以下领域逐步应用：金属-空气电池（如锌-空气电池）：作为空气正极的“气体通道”，实现氧气从大气扩散至催化层，同时排出反应产物；传感器（如气体传感器）：利用其多孔结构和导电特性，实现目标气体的快速扩散与信号传导，提升传感器的响应速度和灵敏度；电催化反应器（如CO₂还原反应装置）：为CO₂气体、电解液与催化层提供三相接触界面，促进CO₂高效还原为甲醇、乙烯等化学品。综上，气体扩散层的应用逻辑是“解决气-液-固三相界面的传质、导电与产物排出问题”，因此其性能（如孔隙率、透气性、导电性、耐腐蚀性）直接决定了相关设备的效率、寿命和成本，是新能源（氢能、储能）领域不可或缺的关键材料。气体扩散层传递电子，构建 “电流通路”。内蒙古电解水制氢用气体扩散层制造

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。浙江气体扩散层生产厂家碳纤维制备和表面改性的基础研究、中试放大、工程化的研究经历，对碳材料的结构、设备及工艺有深刻理解。

检测成本（占该模块成本30%-40%）碳纸需全项检测，确保性能一致性，检测项目与成本包括：性能检测：导电性（四探针电阻仪，单台约50万元）、孔隙率（压汞仪，单台约200万元）、耐腐蚀性（电化学工作站，单台约100万元），每批次抽样检测率需达10%以上；可靠性测试：如燃料电池碳纸需进行“1000次干湿循环测试”“5000次弯曲测试”，测试周期长（约1-2周），且需模拟环境设备（约500-1000万元）；品控损耗：碳纸的成品率较低（如燃料电池级碳纸成品率约60%-80%），不合格品需报废，进一步推高单位成本。

GDL的表面与微观结构决定其与催化层、双极板的界面适配性，以及性能的空间均匀性，关键指标包括：表面粗糙度定义：GDL表面的凹凸程度（单位：μm，通过激光共聚焦显微镜测量，常用Ra值表示算术平均偏差）。意义：表面过粗糙（Ra＞5μm）会导致与催化层接触不紧密，增大接触电阻；过光滑（Ra＜1μm）则可能减少气体扩散的“界面通道”。典型范围：Ra=1~3μm（带MPL的GDL）。厚度与厚度均匀性厚度：GDL的整体厚度（单位：μm），由基材与MPL共同决定，典型范围：100~300μm（燃料电池用）、300~500μm（电解水用）。厚度均匀性：GDL不同区域的厚度偏差（单位：%），若偏差＞10%，会导致组装时局部压紧力不均（薄处易压破膜，厚处接触电阻大）。GDL的厚度偏差需＜5%。微观结构完整性评估方式：通过扫描电子显微镜（SEM）观察GDL的孔隙是否贯通、MPL与基材是否结合紧密、是否存在裂缝或杂质。意义：孔隙不贯通会形成“传质死区”；MPL脱落会导致液体管理失效；杂质（如金属颗粒）会引发局部腐蚀，均会严重影响GDL性能。气体扩散层多孔结构设计 —— 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。 疏水性碳纸应用:电解池、湿度传感器、需要水传输的燃料电池设计。广东电解水制氢用气体扩散层制造

疏水涂层：表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)等材料，增强疏水性，防止水堵塞孔隙。内蒙古电解水制氢用气体扩散层制造

后处理与检测成本：占总成本 10%-20%（保障性能一致性）碳纸需经过后处理优化性能，并通过严格检测确保符合应用标准，尤其场景对检测精度要求极高：1. 后处理工序（占该模块成本 60%-70%）疏水处理：将 PTFE 乳液涂覆在碳纸表面，经 300-400℃烧结固化，需使用 “精密喷涂设备”（确保涂层均匀度＜3%），PTFE 损耗率约 10%-15%；表面改性：如涂覆催化剂载体（如碳黑）、刻蚀多孔结构（提升比表面积），需使用 “等离子刻蚀机” 或 “真空喷涂机”，设备投资约1000-3000 万元；裁剪与成型：根据下游需求（如燃料电池极板尺寸）裁剪成特定形状，需使用 “激光切割机”（避免机械裁剪导致边缘破损），加工精度要求 ±0.1mm。内蒙古电解水制氢用气体扩散层制造

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