河北氢燃料电池用气体扩散层

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。 生碳纸：未经特殊表面处理的原始碳纸通常由碳纤维(如聚丙烯腈基碳纤维)经碳化或石墨化处理制成。河北氢燃料电池用气体扩散层

氢燃料电池（主要应用）在质子交换膜燃料电池（PEMFC，氢燃料电池的主流技术路线）中，碳纸是气体扩散层（GDL）的基材，位于“膜电极（MEA）”与“双极板”之间，是燃料电池发电的“关键桥梁”，具体功能包括：气体传输：多孔结构（孔隙率30%-50%）可均匀分配氢气/氧气到膜电极表面，确保反应气体充分接触催化剂；电子传导：高导电性（体积电阻率＜10mΩ・cm）可将反应产生的电子传导至双极板，形成外部电流；水管理：经聚四氟乙烯（PTFE）疏水处理后，可排出反应生成的水（避免电解液“水淹”催化剂），同时防止电解液渗透；散热与支撑：良好的导热性可带走反应热量，避免局部过热；机械强度可支撑膜电极，防止组装时破损。目前，车用氢燃料电池（如丰田M、国内比亚迪氢能车）、便携式燃料电池（如无人机、应急电源）均依赖高品级碳纸，且对碳纸的“薄型化（厚度0.1-0.2mm）、低电阻率、高抗折性”要求极高。 天津AEM制氢用气体扩散层价格优惠气体扩散层保护膜电极，维持电池 “组装稳定性”。

可制备面密度低至6a/m“的分散均匀的、超薄型的碳纤维原纸(该技术已获专利授权)为高质量碳纸的制备提供了材料基础。通过改进配方和工艺制备的碳纸，碳纤维与树脂炭间界面结合良好，解决了碳纸材料的精细结构问题。气体扩散层包括疏水型和亲水型，可根据应用场景和用户需求量身定制高通量、长寿命、低成本的气体扩散层。气体扩散层的价值是“承上启下”——连接流场与催化层，同步实现气体传输、电子传导、水管理三大功能，其性能的均衡性（如透气与排水的平衡、导电与力学强度的平衡）直接决定了燃料电池等装置的功率密度、寿命和稳定性，是能源转换设备产业化的关键组件之一。

优势4：提升系统“性能上限”与“运行稳定性”GDL的设计优化能直接推动电化学系统的性能突破，具体体现在：提升功率密度：气体传质与低电阻导电，能让催化层的活性位点充分利用，减少“传质限制”与“欧姆限制”——例如，GDL可使PEMFC的峰值功率密度提升20%-30%（从0.8W/cm²提升至1.0W/cm²以上），满足汽车、无人机等对高功率的需求。降低运行波动：GDL的梯度孔径与疏水调控，能避免“水淹”或“膜干”（气体过量导致膜湿度不足、质子传导受阻）两种极端工况，让燃料电池在不同负载（如汽车加速、怠速）下，输出电压波动小（电压稳定性±5%以内），提升系统运行可靠性。在燃料电池工作中GDL起着传输反应介质、排出电化学产物、热和电传导的作用。

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。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。宁夏水冷电堆用气体扩散层价格优惠

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。河北氢燃料电池用气体扩散层

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：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。 河北氢燃料电池用气体扩散层

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