气体扩散层(GasDiffusionLayer,GDL)是燃料电池(如质子交换膜燃料电池PEMFC)、电解池等能源转换装置的组件之一,其性能直接影响装置的传质效率、导电性、稳定性及整体输出性能,性能可从以下关键维度展开:1.优异的气体传输性能作为“气体通道”,需确保反应气体(如燃料电池的氢气、氧气)...
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分散反应热量,维持电池 “温度稳定”。重庆PEM制氢用GDL报价
功能改性剂(占原材料成本5%-10%)根据应用需求添加,用于优化碳纸的“疏水性、导电性、催化兼容性”:疏水处理剂:如聚四氟乙烯(PTFE)乳液,用于燃料电池碳纸的水管理,需使用高分散性PTFE(粒径<0.1μm),单价约200-400元/公斤;导电改性剂:如石墨烯、碳纳米管(CNT),用于提升低品级碳纤维的导电性,单价昂贵(石墨烯约5000-10000元/公斤,CNT约2000-5000元/公斤),少量添加;抗腐蚀剂:如氮化硼(BN),用于电解水制氢碳纸,单价约800-1500元/公斤。福建氢燃料电池用GDL制造通常为碳纸(导电性好些)或者碳布(柔韧性好些),疏水涂层:表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)等材料。

性能特点:具有多孔可控、导电导热性能优良、机械强度高、憎水性强以及高度防腐蚀等特点。主要用途:碳纸是燃料电池气体扩散层的关键基材,在氢燃料电池和PEM电解槽中扮演着膜电极与双极板之间的沟通桥梁角色,具有气体通道、电子通道、散热通道等多种功能。此外,还可作为液流电池电极等。行业现状:由于受制于碳纤维、碳纤维原纸、石墨化和后处理等复杂工艺及装备,过去国内碳纸长期主要依赖进口个,价格较高,每平米可达千元以上。
在质子交换膜燃料电池中,需同时实现“保水”与“排水”:保水:维持质子交换膜的湿润状态,保证质子传导效率;排水:快速排出催化层生成的液态水,避免堵塞气体通道导致“缺气”。实现方式:通过PTFE(聚四氟乙烯)疏水涂层调控亲疏水性,结合多孔结构的毛细作用,平衡水的留存与排出。稳定的力学性能需耐受电池组装时的夹紧压力(通常0.5-2MPa)、长期运行中的温度/湿度循环变化,避免变形、破损或分层,确保组件结构完整性。关键指标:拉伸强度(炭纸纵向一般>15MPa)、弯曲强度、耐疲劳性,需在干湿交替、冷热循环下保持力学稳定性。 液体排出顺畅:PEMFC 运行中会生成水(阴极反应产物),GDL 的疏水涂层与梯度孔隙结构能将液态水排出。

预氧化与碳化阶段(占加工成本40%-50%)是碳纸“性能转化”的环节,步骤:预氧化:在200-300℃空气氛围中,使粘结剂与碳纤维发生交联反应,防止后续碳化时纤维断裂,需使用“连续式热风隧道炉”,升温速率严格(5-10℃/min),单吨碳纸能耗约500-800kWh;碳化:在800-1200℃惰性气体(氮气/氩气)氛围中,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“高温管式炉”,惰性气体消耗量大(单吨碳纸需氮气约500-1000m³),能耗约1500-2500kWh/吨——碳化阶段的能耗成本就占加工成本的30%以上。寿命使用理想环境下,恒温,恒湿,纯净反应气。石墨化碳纸或碳纤维-石墨烯复合材料,提高氧化性。河南氢燃料电池用GDL售价
GDL气体传输的本质是 “多维度协同设计”。重庆PEM制氢用GDL报价
技术研发优势:公司是中科院山西煤化所成果转化企业,人员组成 “科学家 + 工程师” 团队,技术骨干在炭材料与电化学领域深耕多年,基础研究扎实,工程化经验丰富。公司建有研发平台,汇集了化学、材料、能源等多学科人才,还与多所高校和研究机构建立了紧密的合作关系。全流程生产能力优势常州市科技局:公司是目前国内具备连续纤维处理、碳原纸生产、碳纸生产全流程技术及批量化生产能力的团队,这使得其在国内市场上独树一帜。产品性能优势:公司的碳纸和气体扩散层产品各项性能指标对标大厂,已获得多家头部企业的认可,其空冷电堆 GDL 新品更是解决行业痛点,性能领跑。氢燃料电池材料品质获认可,有助于提升其产品在市场上的竞争力和信誉度。重庆PEM制氢用GDL报价
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