在電解水制氫(尤其是質(zhì)子交換膜電解池PEMWE、陰離子交換膜電解池AEMWE)中,GDL的作用是“傳輸反應(yīng)物/產(chǎn)物+導(dǎo)電+支撐催化層”:PEMWE(酸性電解池):GDL分別用于陽極(傳輸水、排出氧氣)和陰極(傳輸氫氣、支撐析氫催化層),需耐酸性、耐氧化(陽極高電位環(huán)境),同時具備優(yōu)異的液體(水)傳輸能力;AEMWE(堿性電解池):GDL需適配堿性環(huán)境,傳輸電解液(如KOH溶液)和氣體(氫氣/氧氣),避免堿腐蝕,保障電解效率;應(yīng)用場景:工業(yè)綠氫制備(如化工、鋼鐵脫碳)、可再生能源(風(fēng)電/光伏)配套儲能制氫,GDL的穩(wěn)定性直接影響電解池的運行壽命。 氣體擴散層傳遞電子,構(gòu)建 “電流通路”。四川空冷電堆用氣體擴散層在做的公司

1.基體纖維(占原材料成本70%-80%)碳紙的“骨架”由碳纖維制成,其品質(zhì)直接決定碳紙的性能,也是成本差異的關(guān)鍵:場景(如燃料電池GDL):需使用聚丙烯腈基(PAN基)高模碳纖維(如日本東麗T700、國內(nèi)中簡科技ZT700),這類碳纖維純度高(碳含量>95%)、直徑細(xì)(5-7μm)、強度高(拉伸強度>4.9GPa),但價格昂貴——截至2024年5月,工業(yè)級PAN基碳纖維單價約200-500元/公斤,而用于碳紙的“超細(xì)旦、高純度”規(guī)格單價可達(dá)800-1500元/公斤。中低端場景(如普通過濾):可使用瀝青基碳纖維或粘膠基碳纖維,價格較低(約50-200元/公斤),但性能(如導(dǎo)電性、耐腐蝕性)較差。2.粘結(jié)劑(占原材料成本10%-20%)用于將碳纖維粘結(jié)成紙狀基材,需具備“高溫碳化后不殘留雜質(zhì)、與碳纖維相容性好”的特性,常用材料為:酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂:主流選擇,需使用高純度(雜質(zhì)含量<0.1%)的特種樹脂,避免碳化后引入金屬離子(影響導(dǎo)電性),單價約150-300元/公斤;聚酰亞胺(PI):用于碳紙(如耐2000℃以上高溫場景),粘結(jié)強度更高、碳化后碳?xì)埩袈矢撸珕蝺r可達(dá)800-1200元/公斤,進一步推高成本。遼寧空冷電堆用氣體擴散層在做的公司疏水性碳紙?zhí)匦?高吸水能力:促進水分滲透和分布,避免局部干燥。

作為未來清潔能源市場的重要一極,氫燃料電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)必須實現(xiàn)國產(chǎn)可控,而氣體擴散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的關(guān)鍵零部件,作為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的三大“卡脖子”材料,催化劑和交換膜已陸續(xù)實現(xiàn)國產(chǎn)自主。氣體擴散層(GDL)是燃料電池重要組件之一,其主要作用在于:催化劑的載體支撐電機結(jié)構(gòu)導(dǎo)電作用均勻擴散氣體的作用擴散層輸水作用。燃料電池GDL要求:均勻的多孔質(zhì)結(jié)構(gòu),透氣性能好電阻率低,電子傳導(dǎo)能力強結(jié)構(gòu)緊密且表面平整,減小接觸電阻,提高導(dǎo)電性能具有一定的機械強度,適當(dāng)?shù)膭傂耘c柔性,利于電極的制作,提供長期操作條件下電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性適當(dāng)?shù)挠H水/憎水平衡,防止過多的水分阻塞孔隙而導(dǎo)致氣體透過性能下降具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。正是由于對氣體擴散層用材料的嚴(yán)苛要求,碳纖維紙以其質(zhì)量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙均勻且強度高,厚度可根據(jù)使用要求調(diào)整,適合耐久性燃料電池使用,成為GDL的可選材料。
1.質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)——應(yīng)用場景質(zhì)子交換膜燃料電池是當(dāng)前新能源汽車(氫燃料電池車)、分布式發(fā)電、便攜式電源的技術(shù),而GDL是其“膜電極組件(MEA)”的關(guān)鍵組成部分(位于“催化層”與“雙極板”之間),具體功能包括:氣體傳輸:將雙極板流道中的氫氣(陽極)、氧氣/空氣(陰極)均勻擴散至催化層表面,確保反應(yīng)位點充分接觸反應(yīng)物;電子傳導(dǎo):作為導(dǎo)電通路,將催化層產(chǎn)生的電子傳遞至雙極板(形成外電路電流);水管理:通過自身多孔結(jié)構(gòu),及時排出陰極生成的液態(tài)水(避免“水淹”堵塞氣體通道),同時保留少量水分維持質(zhì)子交換膜的濕潤性(質(zhì)子傳導(dǎo));支撐與緩沖:為脆弱的催化層和質(zhì)子交換膜提供機械支撐,雙極板組裝時的壓力沖擊,確保MEA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。氣體擴散層適配 “雙極板→催化層” 的傳輸需求。

后處理與檢測成本:占總成本 10%-20%(保障性能一致性)碳紙需經(jīng)過后處理優(yōu)化性能,并通過嚴(yán)格檢測確保符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),尤其場景對檢測精度要求極高:1. 后處理工序(占該模塊成本 60%-70%)疏水處理:將 PTFE 乳液涂覆在碳紙表面,經(jīng) 300-400℃燒結(jié)固化,需使用 “精密噴涂設(shè)備”(確保涂層均勻度<3%),PTFE 損耗率約 10%-15%;表面改性:如涂覆催化劑載體(如碳黑)、刻蝕多孔結(jié)構(gòu)(提升比表面積),需使用 “等離子刻蝕機” 或 “真空噴涂機”,設(shè)備投資約1000-3000 萬元;裁剪與成型:根據(jù)下游需求(如燃料電池極板尺寸)裁剪成特定形狀,需使用 “激光切割機”(避免機械裁剪導(dǎo)致邊緣破損),加工精度要求 ±0.1mm。疏水性碳紙:涂覆親水材料(如Nafion、金屬氧化物或親水聚合物)或等離子處理增強親水性。內(nèi)蒙古PEM制氫用氣體擴散層有哪些
擁有碳纖維表面上漿劑、可控分散/凝聚、粘結(jié)劑的自主知識產(chǎn)權(quán),可制備出超薄(6g/㎡)分散均勻的碳纖維原紙。四川空冷電堆用氣體擴散層在做的公司
原材料與結(jié)構(gòu):通常以短切碳纖維為原料,基質(zhì)為天然紙漿或合成紙漿,輔以黏合劑和填料,經(jīng)抄紙工藝制造而成。生產(chǎn)工藝:主要有濕法工藝和干法工藝。濕法工藝以水為介質(zhì),將短切碳纖維均勻分散在水中,利用抄紙機真空過濾制備原紙,再經(jīng)樹脂浸漬、熱壓固化和碳化石墨化等過程制成,產(chǎn)品均勻性和致密性好。干法工藝以空氣為介質(zhì),采用氣流成網(wǎng)工藝加工成原紙,并經(jīng)涂膠、干燥、碳化等后道工藝加工制備而成,其碳纖維含量高,產(chǎn)品強度高。 四川空冷電堆用氣體擴散層在做的公司
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