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來源： 發(fā)布時(shí)間：2025-09-15

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)。“目前，國(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)依賴進(jìn)口原材料二次加工，其價(jià)格及產(chǎn)量受原材料制約較大，性價(jià)比低。有限的產(chǎn)量不足以支撐我國(guó)燃料電池產(chǎn)業(yè)激增的市場(chǎng)需求，一定程度上阻礙了國(guó)內(nèi)氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)自主發(fā)展。”吳剛平博士表示。疏水性碳紙常用聚四氟乙烯(PTFE)浸漬或涂層，形成防水表面。廣西碳紙?jiān)谧龅墓?/p>

碳紙

高溫隔熱與密封特種隔熱：在航天器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等高溫場(chǎng)景中，碳紙（尤其是石墨化碳紙）的導(dǎo)熱系數(shù)低（＜0.1W/(m?K)）且耐 2000℃以上高溫，可作為 “輕質(zhì)隔熱層”，替代傳統(tǒng)陶瓷纖維（重量為陶瓷的 1/3）；高溫密封：在石油化工的高溫管道、閥門中，碳紙與金屬?gòu)?fù)合后可制成 “密封墊片”，耐受 300℃以上高溫（＞10MPa），且不與介質(zhì)（如原油、溶劑）發(fā)生反應(yīng)，使用壽命是傳統(tǒng)石棉墊片的 5-10 倍。三、新興應(yīng)用：前沿技術(shù)領(lǐng)域隨著材料改性技術(shù)（如碳納米管、石墨烯復(fù)合）的發(fā)展，碳紙?jiān)谛屡d領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，是利用其 “可定制化” 的結(jié)構(gòu)與性能。河北氫燃料電池用碳紙?jiān)趺礃託淙剂想姵赜肎DL，氣體擴(kuò)散層！碳紙！

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）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，避免局部過熱；機(jī)械強(qiáng)度可支撐膜電極，防止組裝時(shí)破損。目前，車用氫燃料電池（如豐田M、國(guó)內(nèi)比亞迪氫能車）、便攜式燃料電池（如無人機(jī)、應(yīng)急電源）均依賴高品級(jí)碳紙，且對(duì)碳紙的“薄型化（厚度0.1-0.2mm）、低電阻率、高抗折性”要求極高。

導(dǎo)電性能指標(biāo)：影響“能量損耗”與“輸出效率”GDL需高效傳輸電子，相關(guān)指標(biāo)決定系統(tǒng)的“歐姆損耗”（電化學(xué)系統(tǒng)主要能量損耗之一），關(guān)鍵指標(biāo)包括：體積電阻率/面電阻體積電阻率：電流垂直穿透GDL時(shí)的電阻（單位：mΩ?cm），反映GDL本體的導(dǎo)電能力；面電阻：電流沿GDL平面擴(kuò)散時(shí)的電阻（單位：mΩ/sq），影響氣體分布均勻性。意義：電阻率越低，電子傳輸損耗越小。典型范圍：體積電阻率＜10mΩ?cm（石墨化碳紙），面電阻＜50mΩ/sq。影響因素：碳纖維的石墨化程度（石墨化越高，電阻率越低）、孔隙率（孔隙率過高會(huì)增加電子傳輸路徑）、壓緊力（組裝時(shí)壓緊力不足會(huì)增大接觸電阻）。接觸電阻定義：GDL與相鄰部件（雙極板、催化層）界面處的電阻（單位：mΩ?cm2），由界面平整度、表面粗糙度與壓緊力決定。意義：接觸電阻是歐姆損耗的重要來源，若過大（如＞100mΩ?cm2），會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體內(nèi)阻升高，功率輸出下降。優(yōu)化方式：通過打磨雙極板表面、增加GDL表面平整度（如MPL涂層）、施加合適壓緊力（1~3MPa）降低接觸電阻。碳紙孔徑與分布可定制。

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(chǎng)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(guó)內(nèi)中簡(jiǎn)科技ZT700），這類碳纖維純度高（碳含量＞95%）、直徑細(xì)（5-7μm）、強(qiáng)度高（拉伸強(qiáng)度＞4.9GPa），但價(jià)格昂貴——截至2024年5月，工業(yè)級(jí)PAN基碳纖維單價(jià)約200-500元/公斤，而用于碳紙的“超細(xì)旦、高純度”規(guī)格單價(jià)可達(dá)800-1500元/公斤。中低端場(chǎng)景（如普通過濾）：可使用瀝青基碳纖維或粘膠基碳纖維，價(jià)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(jià)約150-300元/公斤；聚酰亞胺（PI）：用于碳紙（如耐2000℃以上高溫場(chǎng)景），粘結(jié)強(qiáng)度更高、碳化后碳?xì)埩袈矢撸珕蝺r(jià)可達(dá)800-1200元/公斤，進(jìn)一步推高成本。擁有自主設(shè)計(jì)、定制的設(shè)備！內(nèi)蒙古水冷電堆用碳紙生產(chǎn)廠家

碳紙疏水改性 —— 避免 “水淹” 阻斷氣體通道。廣西碳紙?jiān)谧龅墓?/p>

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。廣西碳紙?jiān)谧龅墓?/p>

國(guó)科領(lǐng)纖新材料（常州）有限公司在同行業(yè)領(lǐng)域中，一直處在一個(gè)不斷銳意進(jìn)取，不斷制造創(chuàng)新的市場(chǎng)高度，多年以來致力于發(fā)展富有創(chuàng)新價(jià)值理念的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，在江蘇省等地區(qū)的紙業(yè)中始終保持良好的商業(yè)口碑，成績(jī)讓我們喜悅，但不會(huì)讓我們止步，殘酷的市場(chǎng)磨煉了我們堅(jiān)強(qiáng)不屈的意志，和諧溫馨的工作環(huán)境，富有營(yíng)養(yǎng)的公司土壤滋養(yǎng)著我們不斷開拓創(chuàng)新，勇于進(jìn)取的無限潛力，國(guó)科領(lǐng)纖新材料供應(yīng)攜手大家一起走向共同輝煌的未來，回首過去，我們不會(huì)因?yàn)槿〉昧艘稽c(diǎn)點(diǎn)成績(jī)而沾沾自喜，相反的是面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈的市場(chǎng)氛圍，我們更要明確自己的不足，做好迎接新挑戰(zhàn)的準(zhǔn)備，要不畏困難，激流勇進(jìn)，以一個(gè)更嶄新的精神面貌迎接大家，共同走向輝煌回來！

標(biāo)簽： GDL 氣體擴(kuò)散層 碳紙

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