專有碳纖維的結構與性能調控。近20年碳纖維制備和表面改性的基礎研究、中試放大、工程化的研究經歷,對碳(炭)材料的結構、設備及工藝有深刻理解。專有的配方與材料匹配。擁有專有碳纖維表面上漿劑、碳纖維可控分散/凝聚、碳紙粘結劑的自主知識產權,可制備出超薄(6g/m°)口分散均勻的碳纖維原紙。自主設計、定制的設備。專有碳纖維連續化處理裝置、碳纖維原紙浸膠及壓制裝置、高溫熱處理、疏水改性等設備全部自主設計、定制,以達到碳紙制備的精細的工藝要求。研發體系和研發隊伍。擁有一支過硬、經驗豐富的研發團隊,擁有完備的基礎研究、技術開發、器件組裝與性能評價平臺,響應市場需求,產品持續迭代。碳紙的優勢根源在于其由碳纖維交織形成的 “連續多孔結構”。寧夏水冷電堆用碳紙怎么樣
截至2024年5月,碳紙(尤其是燃料電池級)的成本較高(約200-300元/㎡),制約其大規模應用,行業主要通過以下方向降本:原材料“低成本PAN基碳纖維”(如回收碳纖維再生利用)、“生物基粘結劑”(如木質素樹脂,成本降低30%-50%);工藝優化:采用“連續式石墨化爐”縮短生產周期(從5天降至1天)、“惰性氣體循環利用系統”減少氣體消耗(降低20%-30%);規模化生產:當產能從10萬㎡/年提升至100萬㎡/年時,單位加工成本可降低30%-40%(攤薄設備折舊與固定成本);檢測效率提升:開發“在線實時檢測系統”(如原位電阻監測),替代離線抽樣檢測,縮短檢測周期并降低品控損耗。綜上,碳紙的成本由“高純度原材料”和“高溫高精度加工”決定,場景的性能要求進一步放大了這些成本因素,而規模化、技術迭代是未來降低成本的關鍵路徑。江蘇碳紙價格優惠碳紙高導電 + 導熱,降低能量損失。
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的中間原料并配合使用的特性研發出相同的碳紙。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的中間原料并配合使用的特性研發出相同的碳紙。碳紙在造紙階段前必須先將連續長絲纖維切斷成為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”。
國科領纖于2023年在江蘇常州武進區成立,聚焦氫燃料電池關鍵材料碳紙及相關“卡脖子”材料的技術攻關和產業化,旨在打破國外壟斷、實現關鍵材料國產自主,國科領纖也是目前國內具備從連續纖維處理、碳原紙生產、碳紙生產全流程技術、批量化生產的團隊。創始人為吳剛平博士,其帶領的團隊成員均來自于國內從事氫燃料電池碳紙研究單位——中科院山西煤炭化學研究所。吳剛平博士從該所畢業后,即從事碳纖維應用基礎、工程化、燃料電池氣體擴散層用碳紙研究,至今已有二十余年,具備扎實的科學研究基礎和豐富的工程化經驗。“目前,國內氫燃料電池用碳紙的產業化制備關鍵材料還處于被國外供應商壟斷狀態,生產依賴進口原材料二次加工,其價格及產量受原材料制約較大,性價比低。有限的產量不足以支撐我國燃料電池產業激增的市場需求,一定程度上阻礙了國內氫能和燃料電池產業國產自主發展。”吳剛平博士表示。質子交換膜燃料電池(PEMFC),PEMFC 是碳紙的應用場景。
碳紙的生產成本結構與其 “高技術壁壘、多環節工藝、高純度原料” 的特性直接相關,可拆解為原材料成本、生產加工成本、后處理與檢測成本三大模塊,其中原材料和關鍵加工環節是成本占比部分。不同應用場景(如氫燃料電池用碳紙 vs 普通工業用碳紙)的成本構成差異較大,以下以應用廣、技術要求的 “燃料電池級碳紙” 為例,詳細分析其成本構成:一、原材料成本:占總成本 40%-60%(驅動因素)碳紙的原材料決定了其基礎性能(如導電性、機械強度,主要括基體纖維、粘結劑、功能改性劑三類:碳紙低阻傳遞電子,降低能耗。西藏水冷電堆用碳紙廠家價格
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碳紙的復雜性不僅在于步驟多,更在于每個環節都存在“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化。孔隙率與強度的平衡: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、碳化溫度的協同調控,在“透氣”和“抗折”之間找到平衡點。高溫工藝的穩定性: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“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。寧夏水冷電堆用碳紙怎么樣
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