氫燃料電池領域:碳紙是氫燃料電池中氣體擴散層的關鍵材料,可為氫能汽車、船舶、無人機等提供支撐材料和應用解決方案。例如,在氫能汽車中,碳紙能夠起到支撐催化劑、傳導電子、排水和氣體擴散的作用,有助于提高燃料電池的性能,車輛的動力輸出。液流電池領域:國科領纖的碳紙產品可應用于液流電池,如釩液流電池等。在液流電池中,碳紙可作為電解液傳輸通道和電子絕緣屏障,能夠傳輸電解液,同時避免正負極電解液混合,保證電池的正常運行。PEM電解水制氫領域:在質子交換膜電解水制氫(PEMWE)中,碳紙分別用于陽極和陰極,可傳輸反應物和產物,同時起到導電和支撐催化層的作用。國科領纖的碳紙產品能夠適配PEM電解水制氫系統(tǒng)的要求,有助于提高電解效率。分布式發(fā)電與備用電源領域:碳紙產品可用于家庭、數(shù)據中心、通信基站等的小型燃料電池發(fā)電系統(tǒng),作為關鍵材料,發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定的氣體傳輸與水管理能力,確保持續(xù)供電。 碳紙為生碳紙和疏水處理碳紙(5-30%)碳紙是氣體擴散層(GDL)主要材料之一。AEM制氫用GDL報價
性能特點:具有多孔可控、導電導熱性能優(yōu)良、機械強度高、憎水性強以及高度防腐蝕等特點。主要用途:碳紙是燃料電池氣體擴散層的關鍵基材,在氫燃料電池和 PEM 電解槽中扮演著膜電極與雙極板之間的溝通橋梁角色,具有氣體通道、電子通道、散熱通道等多種功能。此外,還可作為液流電池電極等。行業(yè)現(xiàn)狀:由于受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備,過去國內碳紙長期主要依賴進口個,價格較高,每平米可達千元以上。廣西空冷電堆用GDL報價有的配方與材料匹配!

碳紙的復雜性不僅在于步驟多,更在于每個環(huán)節(jié)都存在“矛盾點”,需通過精密調控平衡性能:纖維分散與均勻性:短切碳纖維表面惰性強,易團聚,需添加分散劑(如陽離子表面活性劑),但分散劑過量會影響后續(xù)樹脂結合;同時,抄紙過程中纖維易沿水流方向定向排列,導致碳紙“各向異性”(不同方向導電性差異>10%),需通過調整抄紙機網部轉速優(yōu)化??紫堵逝c強度的平衡:燃料電池用碳紙需30%-50%的孔隙率(保證氣體流通),但孔隙率過高會導致機械強度下降(易在組裝時斷裂),需通過樹脂含量、熱壓壓力、碳化溫度的協(xié)同調控,在“透氣”和“抗折”之間找到平衡點。高溫工藝的穩(wěn)定性:石墨化階段需2000℃以上高溫,設備(如石墨化爐)需耐極端高溫且溫度場均勻(爐內溫差需<5℃),否則會導致碳紙局部石墨化度不一致,導電性出現(xiàn)“熱點”,影響燃料電池壽命。成本與性能的矛盾:高性能碳紙依賴高純度短切碳纖維(如T700級)和高功率石墨化設備,單噸碳纖維價格超10萬元,石墨化過程能耗占總成本的30%以上,而降低成本(如用低成本碳纖維)又會導致性能下降,形成技術瓶頸。
作為氣體擴散層的基材,碳紙的制備,除了準備原料、打漿抄紙、浸漬、固化這些步驟,還需碳化、石墨化處理。而氣體擴散層的制備一般稱為抄紙制程,在制程中還必須改善碳紙原料特性、導電性以及化學安定性。其方法為以碳纖維紙為基礎再添加碳復合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。方法為以碳纖維紙為基礎再添加碳復合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。碳紙在造紙階段前必須先將連續(xù)長絲纖維切斷成為3~12mm之間的短纖維段,組成短纖維段后的制程依序分為1.抄紙,2.含浸復合樹脂,3.熱壓成形,4.碳化處理以及5.石墨化處理。復雜的工藝決定了碳紙是當前制約我國氫燃料電池領域發(fā)展的基礎材料,受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備,我國至今未能實現(xiàn)量產碳紙。目前可應用在燃料電池氣體擴散層的碳紙生產廠商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中國臺灣碳能等公司。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國產化的“一個壁壘”。 氣體擴散層(GDL)作為燃料電池(如質子交換膜燃料電池 PEMFC)、電解池等電化學裝置的組件之一。

生產加工成本:占總成本25%-40%(技術壁壘)碳紙的生產需經過“成紙-預氧化-碳化-石墨化”等多道高溫、高精度工序,設備費用大、能耗高、生產周期長,是成本的重要組成部分:1.基材成型階段(占加工成本15%-25%)將碳纖維與粘結劑混合,制成均勻的紙狀基材,成本來自:設備成本:需使用“高精度濕法成型機”(避免纖維團聚)、“定量注意裝置”(確保碳紙厚度均勻,誤差<5μm),單臺設備約500-2000萬元,折舊成本高;人工與能耗:成型過程需嚴格注意濕度(40%-60%)、溫度(25-30℃),車間潔凈度要求達萬級,空調與潔凈系統(tǒng)能耗約占該階段能耗的60%。電解水制氫(電解槽),優(yōu)勢:耐強酸性的環(huán)境,GDL在PEM陽極水到催化劑層排出生成氧,陰極擴散氫氣排出水。AEM制氫用GDL報價
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