國(guó)科領(lǐng)纖于2023年在江蘇常州武進(jìn)區(qū)成立，聚焦氫燃料電池關(guān)鍵材料碳紙及相關(guān)“卡脖子”材料的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，旨在打破國(guó)外壟斷、實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)自主，國(guó)科領(lǐng)纖也是目前國(guó)內(nèi)具備從連續(xù)纖維處理、碳原紙生產(chǎn)、碳紙生產(chǎn)全流程技術(shù)、批量化生產(chǎn)的團(tuán)隊(duì)。創(chuàng)始人為吳剛平博士，其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)成員均來(lái)自于國(guó)內(nèi)從事氫燃料電池碳紙研究單位——中科院山西煤炭化學(xué)研究所。吳剛平博士從該所畢業(yè)后，即從事碳纖維應(yīng)用基礎(chǔ)、工程化、燃料電池氣體擴(kuò)散層用碳紙研究，至今已有二十余年，具備扎實(shí)的科學(xué)研究基礎(chǔ)和豐富的工程化經(jīng)驗(yàn)?！澳壳埃瑖?guó)內(nèi)氫燃料電池用碳紙的產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵材料還處于被國(guó)外供應(yīng)商壟斷狀態(tài)，生產(chǎn)依賴(lài)進(jìn)口原材料二次加工，其價(jià)格及產(chǎn)...

氫燃料電池（主要應(yīng)用）在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC，氫燃料電池的主流技術(shù)路線(xiàn)）中，碳紙是氣體擴(kuò)散層（GDL）的基材，位于“膜電極（MEA）”與“雙極板”之間，是燃料電池發(fā)電的“關(guān)鍵橋梁”，具體功能包括：氣體傳輸：多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率30%-50%）可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面，確保反應(yīng)氣體充分接觸催化劑；電子傳導(dǎo)：高導(dǎo)電性（體積電阻率＜10mΩ?cm）可將反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)至雙極板，形成外部電流；水管理：經(jīng)聚四氟乙烯（PTFE）疏水處理后，可排出反應(yīng)生成的水（避免電解液“水淹”催化劑），同時(shí)防止電解液滲透；散熱與支撐：良好的導(dǎo)熱性可帶走反應(yīng)熱量，避免局部過(guò)熱；機(jī)械強(qiáng)度可支撐膜電極，防止組裝...

氣體擴(kuò)散層（GasDiffusionLayer,GDL）是燃料電池（如質(zhì)子交換膜燃料電池PEMFC）、電解池等能源轉(zhuǎn)換裝置的組件之一，其性能直接影響裝置的傳質(zhì)效率、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性及整體輸出性能，性能可從以下關(guān)鍵維度展開(kāi)：1.優(yōu)異的氣體傳輸性能作為“氣體通道”，需確保反應(yīng)氣體（如燃料電池的氫氣、氧氣）、均勻地從流場(chǎng)擴(kuò)散至催化層，同時(shí)及時(shí)排出生成的水（如PEMFC的液態(tài)水），避免“水淹”堵塞通道。關(guān)鍵指標(biāo)：透氣性（氣體滲透率）、孔隙率（通常30%-70%，需平衡透氣與力學(xué)強(qiáng)度）、孔結(jié)構(gòu)分布（梯度孔結(jié)構(gòu)更利于水-氣協(xié)同傳輸）。2.良好的電子導(dǎo)電性需作為“電子通路”，將催化層產(chǎn)生的電子（燃料電池）或外...

電解水制氫裝置在質(zhì)子交換膜電解槽（PEM電解槽，高效制氫技術(shù)）中，碳紙同樣作為多孔電極基材，用于陽(yáng)極（氧氣側(cè)）和陰極（氫氣側(cè)）：陰極側(cè)：支撐鉑基催化劑，傳導(dǎo)電子并輸送水分子，同時(shí)排出生成的氫氣；陽(yáng)極側(cè)：需耐受酸性環(huán)境（pH≈1）和高氧化電位（1.5-2.0V），碳紙的化學(xué)穩(wěn)定性可避免腐蝕，其多孔結(jié)構(gòu)還能減少氧氣生成時(shí)的“氣泡阻塞”問(wèn)題。隨著“綠氫”產(chǎn)業(yè)（利用可再生能源制氫）的發(fā)展，PEM電解槽需求增長(zhǎng)，帶動(dòng)碳紙用量提升。疏水性碳紙：涂覆親水材料(如Nafion、金屬氧化物或親水聚合物)或等離子處理增強(qiáng)親水性。氣體擴(kuò)散層報(bào)價(jià)ISO9001認(rèn)證：全流程品質(zhì)的“通用標(biāo)尺”作為全球通用的質(zhì)量管理體系標(biāo)...

優(yōu)勢(shì)4：提升系統(tǒng)“性能上限”與“運(yùn)行穩(wěn)定性”GDL的設(shè)計(jì)優(yōu)化能直接推動(dòng)電化學(xué)系統(tǒng)的性能突破，具體體現(xiàn)在：提升功率密度：氣體傳質(zhì)與低電阻導(dǎo)電，能讓催化層的活性位點(diǎn)充分利用，減少“傳質(zhì)限制”與“歐姆限制”——例如，GDL可使PEMFC的峰值功率密度提升20%-30%（從0.8W/cm2提升至1.0W/cm2以上），滿(mǎn)足汽車(chē)、無(wú)人機(jī)等對(duì)高功率的需求。降低運(yùn)行波動(dòng)：GDL的梯度孔徑與疏水調(diào)控，能避免“水淹”或“膜干”（氣體過(guò)量導(dǎo)致膜濕度不足、質(zhì)子傳導(dǎo)受阻）兩種極端工況，讓燃料電池在不同負(fù)載（如汽車(chē)加速、怠速）下，輸出電壓波動(dòng)?。妷悍€(wěn)定性±5%以?xún)?nèi)），提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。疏水性碳紙常用聚四氟乙烯(PT...

生產(chǎn)加工成本：占總成本25%-40%（技術(shù)壁壘）碳紙的生產(chǎn)需經(jīng)過(guò)“成紙-預(yù)氧化-碳化-石墨化”等多道高溫、高精度工序，設(shè)備費(fèi)用大、能耗高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，是成本的重要組成部分：1.基材成型階段（占加工成本15%-25%）將碳纖維與粘結(jié)劑混合，制成均勻的紙狀基材，成本來(lái)自：設(shè)備成本：需使用“高精度濕法成型機(jī)”（避免纖維團(tuán)聚）、“定量注意裝置”（確保碳紙厚度均勻，誤差＜5μm），單臺(tái)設(shè)備約500-2000萬(wàn)元，折舊成本高；人工與能耗：成型過(guò)程需嚴(yán)格注意濕度（40%-60%）、溫度（25-30℃），車(chē)間潔凈度要求達(dá)萬(wàn)級(jí)，空調(diào)與潔凈系統(tǒng)能耗約占該階段能耗的60%。擁有研發(fā)體系和研發(fā)隊(duì)伍！山西AEM制氫用氣...

優(yōu)勢(shì)4：提升系統(tǒng)“性能上限”與“運(yùn)行穩(wěn)定性”GDL的設(shè)計(jì)優(yōu)化能直接推動(dòng)電化學(xué)系統(tǒng)的性能突破，具體體現(xiàn)在：提升功率密度：氣體傳質(zhì)與低電阻導(dǎo)電，能讓催化層的活性位點(diǎn)充分利用，減少“傳質(zhì)限制”與“歐姆限制”——例如，GDL可使PEMFC的峰值功率密度提升20%-30%（從0.8W/cm2提升至1.0W/cm2以上），滿(mǎn)足汽車(chē)、無(wú)人機(jī)等對(duì)高功率的需求。降低運(yùn)行波動(dòng)：GDL的梯度孔徑與疏水調(diào)控，能避免“水淹”或“膜干”（氣體過(guò)量導(dǎo)致膜濕度不足、質(zhì)子傳導(dǎo)受阻）兩種極端工況，讓燃料電池在不同負(fù)載（如汽車(chē)加速、怠速）下，輸出電壓波動(dòng)小（電壓穩(wěn)定性±5%以?xún)?nèi)），提升系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。氫燃料電池用GDL，氣體擴(kuò)散層...

高效輸送氣體反應(yīng)物：GDL具有高孔隙率（通常70%-85%）與貫通性孔隙結(jié)構(gòu)，能讓氣體從雙極板流道快速、均勻地?cái)U(kuò)散至催化層——避免局部氣體供應(yīng)不足導(dǎo)致的“反應(yīng)死區(qū)”，確保催化層每一處活性位點(diǎn)都能接觸到足量反應(yīng)物（如PEMFC中，H?需穿透GDL到達(dá)陽(yáng)極催化層，O?到達(dá)陰極催化層）。對(duì)比無(wú)GDL的結(jié)構(gòu)：氣體易在電極表面聚集形成“氣泡阻隔”，導(dǎo)致反應(yīng)效率驟降。高效排出液態(tài)產(chǎn)物：以PEMFC陰極為例，反應(yīng)會(huì)生成液態(tài)水（O?+2H??+2e?→H?O），若積水無(wú)法排出，會(huì)堵塞氣體通道（即“水淹”），直接中斷氣體供應(yīng)。GDL通過(guò)疏水改性（如涂覆PTFE）與梯度孔徑設(shè)計(jì)，既能讓液態(tài)水在毛細(xì)力作用下快速流向...

預(yù)氧化與碳化階段（占加工成本40%-50%）是碳紙“性能轉(zhuǎn)化”的環(huán)節(jié)，步驟：預(yù)氧化：在200-300℃空氣氛圍中，使粘結(jié)劑與碳纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，防止后續(xù)碳化時(shí)纖維斷裂，需使用“連續(xù)式熱風(fēng)隧道爐”，升溫速率嚴(yán)格（5-10℃/min），單噸碳紙能耗約500-800kWh；碳化：在800-1200℃惰性氣體（氮?dú)?氬氣）氛圍中，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“高溫管式爐”，惰性氣體消耗量大（單噸碳紙需氮?dú)饧s500-1000m3），能耗約1500-2500kWh/噸——碳化階段的能耗成本就占加工成本的30%以上。疏水涂層：表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)等材料，...

預(yù)氧化與碳化階段（占加工成本40%-50%）是碳紙“性能轉(zhuǎn)化”的環(huán)節(jié)，步驟：預(yù)氧化：在200-300℃空氣氛圍中，使粘結(jié)劑與碳纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，防止后續(xù)碳化時(shí)纖維斷裂，需使用“連續(xù)式熱風(fēng)隧道爐”，升溫速率嚴(yán)格（5-10℃/min），單噸碳紙能耗約500-800kWh；碳化：在800-1200℃惰性氣體（氮?dú)?氬氣）氛圍中，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“高溫管式爐”，惰性氣體消耗量大（單噸碳紙需氮?dú)饧s500-1000m3），能耗約1500-2500kWh/噸——碳化階段的能耗成本就占加工成本的30%以上。疏水性碳紙適合水管理場(chǎng)景:如電解水制氫、某些燃料...

檢測(cè)成本（占該模塊成本30%-40%）碳紙需全項(xiàng)檢測(cè)，確保性能一致性，檢測(cè)項(xiàng)目與成本包括：性能檢測(cè)：導(dǎo)電性（四探針電阻儀，單臺(tái)約50萬(wàn)元）、孔隙率（壓汞儀，單臺(tái)約200萬(wàn)元）、耐腐蝕性（電化學(xué)工作站，單臺(tái)約100萬(wàn)元），每批次抽樣檢測(cè)率需達(dá)10%以上；可靠性測(cè)試：如燃料電池碳紙需進(jìn)行“1000次干濕循環(huán)測(cè)試”“5000次彎曲測(cè)試”，測(cè)試周期長(zhǎng)（約1-2周），且需模擬環(huán)境設(shè)備（約500-1000萬(wàn)元）；品控?fù)p耗：碳紙的成品率較低（如燃料電池級(jí)碳紙成品率約60%-80%），不合格品需報(bào)廢，進(jìn)一步推高單位成本。擁有過(guò)硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)，完備的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、器件組裝，響應(yīng)市場(chǎng)需求，產(chǎn)品持續(xù)迭代。...

直接甲醇燃料電池（DMFC）直接甲醇燃料電池以液態(tài)甲醇為燃料（無(wú)需先將甲醇重整為氫氣），常用于便攜式電子設(shè)備（如筆記本電腦、充電寶），GDL在此處的作用與PEMFC類(lèi)似，但需額外應(yīng)對(duì)“甲醇滲透”問(wèn)題：阻止anode側(cè)的液態(tài)甲醇過(guò)度滲透至cathode側(cè)（避免催化劑“中毒”）；同時(shí)實(shí)現(xiàn)甲醇（陽(yáng)極）、氧氣（陰極）的擴(kuò)散，以及反應(yīng)產(chǎn)物（水、二氧化碳）的排出。3.釩液流電池（VRFB）——儲(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用釩液流電池是大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能（如風(fēng)電、光伏配套儲(chǔ)能站）的主流技術(shù)之一，是通過(guò)釩離子的價(jià)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)與釋放。GDL位于“電極”與“雙極板”之間，主要作用是：電解液傳輸：讓釩離子電解液均勻滲透至電...

液流電池（儲(chǔ)能領(lǐng)域）在全釩液流電池（VRFB，大規(guī)模儲(chǔ)能的主流技術(shù)之一）中，碳紙是電極的骨架，用于“儲(chǔ)存電解液中的活性物質(zhì)（釩離子）”并促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)：多孔結(jié)構(gòu)可吸附大量釩電解液（釩離子濃度1.5-2.0mol/L），增大反應(yīng)接觸面積；高導(dǎo)電性確保電子在電極與集流體之間傳遞；耐強(qiáng)酸性和抗釩離子氧化的特性，可延長(zhǎng)電池壽命（通常要求碳紙?jiān)?000次循環(huán)后性能衰減＜10%）。特種應(yīng)用：工業(yè)與制造領(lǐng)域在對(duì) “耐溫、導(dǎo)電、抗腐蝕” 有特殊要求的工業(yè)場(chǎng)景中，碳紙作為 “特種功能材料” 替代傳統(tǒng)金屬或塑料，解決極端環(huán)境下的材料失效問(wèn)題。氣體擴(kuò)散層多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— 構(gòu)建 “連續(xù)且可控” 的氣體通道。河北水冷...

生產(chǎn)加工成本：占總成本25%-40%（技術(shù)壁壘）碳紙的生產(chǎn)需經(jīng)過(guò)“成紙-預(yù)氧化-碳化-石墨化”等多道高溫、高精度工序，設(shè)備費(fèi)用大、能耗高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，是成本的重要組成部分：1.基材成型階段（占加工成本15%-25%）將碳纖維與粘結(jié)劑混合，制成均勻的紙狀基材，成本來(lái)自：設(shè)備成本：需使用“高精度濕法成型機(jī)”（避免纖維團(tuán)聚）、“定量注意裝置”（確保碳紙厚度均勻，誤差＜5μm），單臺(tái)設(shè)備約500-2000萬(wàn)元，折舊成本高；人工與能耗：成型過(guò)程需嚴(yán)格注意濕度（40%-60%）、溫度（25-30℃），車(chē)間潔凈度要求達(dá)萬(wàn)級(jí)，空調(diào)與潔凈系統(tǒng)能耗約占該階段能耗的60%。生碳紙：未經(jīng)特殊表面處理的原始碳紙通常由碳...