碳紙國產自主的重要性已無須多言,其生產技術極大程度上決定了產業化進程。在吳剛平博士的帶領下,國科領纖現已打通從碳原紙到氣體擴散層環節的工藝,并攻克了碳紙粘結劑配方與適用性工藝設備,實現了碳紙“點焊接,強粘結”,獲得了專利授權,可為高質量碳紙制備提供技術基礎,同時儲備了下一代工藝,有望實現進一步降本50%。此外,國科領纖擁有強大的設備設計能力,能夠自主設計原紙抄造試驗線、浸膠固化試驗線等設備,為高質量碳紙制備提供硬件基礎;還開發了多項碳紙制備行業技術,可解決碳紙制備過程材料均一性、批次穩定性的問題。數十年磨一劍,技術突圍從來都不是一蹴而就的,尤其是關鍵技術的基礎研究,吳剛平博士的專注與執著不可或缺。在市場放棄氫能戰略的時候,碳紙的基礎研究無疑是一個需要長期坐冷板凳的事業。年復一年,日復一日,他仍保持著高度的專注,非功利化、長期且持續地進行基礎研究和中試試驗,不斷積累經驗,實現了關鍵技術從0到1的突破。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。海南PEM制氫用GDL
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”。內蒙古電解水制氫用GDL報價GDL關鍵:疏水改性 —— 避免 “水淹” 阻斷氣體通道。
技術研發優勢:公司是中科院山西煤化所成果轉化企業,人員組成 “科學家 + 工程師” 團隊,技術骨干在炭材料與電化學領域深耕多年,基礎研究扎實,工程化經驗豐富。公司建有研發平臺,匯集了化學、材料、能源等多學科人才,還與多所高校和研究機構建立了緊密的合作關系。全流程生產能力優勢常州市科技局:公司是目前國內具備連續纖維處理、碳原紙生產、碳紙生產全流程技術及批量化生產能力的團隊,這使得其在國內市場上獨樹一幟。產品性能優勢:公司的碳紙和氣體擴散層產品各項性能指標對標大廠,已獲得多家頭部企業的認可,其空冷電堆 GDL 新品更是解決行業痛點,性能領跑。氫燃料電池材料品質獲認可,有助于提升其產品在市場上的競爭力和信譽度。
氫燃料電池(主要應用)在質子交換膜燃料電池(PEMFC,氫燃料電池的主流技術路線)中,碳紙是氣體擴散層(GDL)的基材,位于“膜電極(MEA)”與“雙極板”之間,是燃料電池發電的“關鍵橋梁”,具體功能包括:氣體傳輸:多孔結構(孔隙率30%-50%)可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面,確保反應氣體充分接觸催化劑;電子傳導:高導電性(體積電阻率<10mΩ?cm)可將反應產生的電子傳導至雙極板,形成外部電流;水管理:經聚四氟乙烯(PTFE)疏水處理后,可排出反應生成的水(避免電解液“水淹”催化劑),同時防止電解液滲透;散熱與支撐:良好的導熱性可帶走反應熱量,避免局部過熱;機械強度可支撐膜電極,防止組裝時破損。目前,車用氫燃料電池(如豐田M、國內比亞迪氫能車)、便攜式燃料電池(如無人機、應急電源)均依賴高品級碳紙,且對碳紙的“薄型化(厚度0.1-0.2mm)、低電阻率、高抗折性”要求極高。擁有碳纖維表面上漿劑、可控分散/凝聚、粘結劑的自主知識產權,可制備出超薄(6g/㎡)分散均勻的碳纖維原紙。
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 電解水制氫系統的要求,有助于提高電解效率。分布式發電與備用電源領域:碳紙產品可用于家庭、數據中心、通信基站等的小型燃料電池發電系統,作為關鍵材料,發電系統穩定的氣體傳輸與水管理能力,確保持續供電。微孔層(MPL):部分GDL會在靠近催化劑層的一側添加碳粉和 PTFE的混合層,優化氣體和水的傳輸。江蘇膜電極用GDL廠家價格
電解水制氫(電解槽),優勢:耐強酸性的環境,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。海南PEM制氫用GDL
原材料與結構:通常以短切碳纖維為原料,基質為天然紙漿或合成紙漿,輔以黏合劑和填料,經抄紙工藝制造而成。生產工藝:主要有濕法工藝和干法工藝。濕法工藝以水為介質,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,再經樹脂浸漬、熱壓固化和碳化石墨化等過程制成,產品均勻性和致密性好。干法工藝以空氣為介質,采用氣流成網工藝加工成原紙,并經涂膠、干燥、碳化等后道工藝加工制備而成,其碳纖維含量高,產品強度高。海南PEM制氫用GDL
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