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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)可控,而氣體擴(kuò)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(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主。氣體擴(kuò)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(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電作用均勻擴(kuò)散氣體的作用擴(kuò)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(qiáng)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(jī)械強(qiáng)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(duì)氣體擴(kuò)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(qiáng)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。 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(shí)產(chǎn)權(quán),可制備出超薄(6g/㎡)分散均勻的碳纖維原紙。海南PEM制氫用氣體擴(kuò)散層

經(jīng)第三方檢測和下游用戶評(píng)價(jià),國科領(lǐng)纖生產(chǎn)的碳紙與國際企業(yè)的碳紙性能指標(biāo)相當(dāng),個(gè)別指標(biāo)更優(yōu),可解決燃料電池材料“壁壘”,其碳紙及氣體擴(kuò)散層性能穩(wěn)定、壽命長,能助力電池效率提升30%。公司擁有強(qiáng)大的設(shè)備設(shè)計(jì)能力,能夠自主設(shè)計(jì)原紙抄造試驗(yàn)線、浸膠固化試驗(yàn)線等設(shè)備,還開發(fā)了多項(xiàng)碳紙制備行業(yè)技術(shù),可解決碳紙制備過程中材料均一性、批次穩(wěn)定性的問題,保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。國科領(lǐng)纖產(chǎn)品價(jià)格為進(jìn)口的60%,交付周期縮短50%,具有更高的性價(jià)比和更快的市場響應(yīng)速度。公司可以根據(jù)客戶需求,全程從生產(chǎn)加工全流程定制出1:1匹配碳紙與氣體擴(kuò)散層。河北氫燃料電池用氣體擴(kuò)散層大概價(jià)格多少電解水制氫優(yōu)勢:耐強(qiáng)酸性的環(huán)境,GDL在PEM中陽極水到催化劑層排出生成的氧氣,陰極擴(kuò)散氫氣排出多余的水。

預(yù)氧化與碳化階段(占加工成本40%-50%)是碳紙“性能轉(zhuǎn)化”的環(huán)節(jié),步驟:預(yù)氧化:在200-300℃空氣氛圍中,使粘結(jié)劑與碳纖維發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),防止后續(xù)碳化時(shí)纖維斷裂,需使用“連續(xù)式熱風(fēng)隧道爐”,升溫速率嚴(yán)格(5-10℃/min),單噸碳紙能耗約500-800kWh;碳化:在800-1200℃惰性氣體(氮?dú)?氬氣)氛圍中,去除原材料中的非碳元素(如H、O、N),使碳含量提升至90%以上,需使用“高溫管式爐”,惰性氣體消耗量大(單噸碳紙需氮?dú)饧s500-1000m3),能耗約1500-2500kWh/噸——碳化階段的能耗成本就占加工成本的30%以上。
氣體擴(kuò)散層(GDL)作為傳質(zhì)、導(dǎo)電與結(jié)構(gòu)支撐組件,其應(yīng)用場景集中在依賴“多相傳輸(氣、液、電子、離子)”的能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)裝置中,GDL的應(yīng)用邏輯是“解決多相(氣、液、電子)傳輸?shù)膮f(xié)同與平衡”,其性能(如透氣性、導(dǎo)電性、耐腐蝕性)需根據(jù)具體裝置的工作環(huán)境(酸性/堿性、溫度、壓力)定制。目前,隨著氫能、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,PEMFC和電解池是GDL規(guī)?;瘧?yīng)用潛力的領(lǐng)域,技術(shù)迭代方向集中在“高穩(wěn)定性、低成本、梯度孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化”以適配更高功率密度、更長壽命的能源裝置需求。 碳紙為生碳紙和疏水處理碳紙(5-30%)碳紙是氣體擴(kuò)散層(GDL)主要材料之一。

作為氣體擴(kuò)散層的基材,碳紙的制備,除了準(zhǔn)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(kuò)散層的制備一般稱為抄紙制程,在制程中還必須改善碳紙?jiān)咸匦?、?dǎo)電性以及化學(xué)安定性。其方法為以碳纖維紙為基礎(chǔ)再添加碳復(fù)合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當(dāng)?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(chǔ)再添加碳復(fù)合材料混合后熱處理,其制程中還可以添加適當(dāng)?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?jiān)谠旒堧A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(fù)合樹脂,3.熱壓成形,4.碳化處理以及5.石墨化處理。復(fù)雜的工藝決定了碳紙是當(dāng)前制約我國氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)材料,受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復(fù)雜工藝及裝備,我國至今未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)碳紙。目前可應(yīng)用在燃料電池氣體擴(kuò)散層的碳紙生產(chǎn)廠商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中國臺(tái)灣碳能等公司。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國產(chǎn)化的“一個(gè)壁壘”。氣體擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)完整性與機(jī)械適配 —— 確保通道長期通暢。廣西PEM制氫用氣體擴(kuò)散層在做的公司
直接甲醇燃料電池(DMFC)GDL需要更好的疏水處理防堵塞孔隙。堿性燃料電池堿性GDL采用耐堿腐蝕的涂層。海南PEM制氫用氣體擴(kuò)散層
碳紙的生產(chǎn)成本結(jié)構(gòu)與其 “高技術(shù)壁壘、多環(huán)節(jié)工藝、高純度原料” 的特性直接相關(guān),可拆解為原材料成本、生產(chǎn)加工成本、后處理與檢測成本三大模塊,其中原材料和關(guān)鍵加工環(huán)節(jié)是成本占比部分。不同應(yīng)用場景(如氫燃料電池用碳紙 vs 普通工業(yè)用碳紙)的成本構(gòu)成差異較大,以下以應(yīng)用廣、技術(shù)要求的 “燃料電池級(jí)碳紙” 為例,詳細(xì)分析其成本構(gòu)成:一、原材料成本:占總成本 40%-60%(驅(qū)動(dòng)因素)碳紙的原材料決定了其基礎(chǔ)性能(如導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度,主要括基體纖維、粘結(jié)劑、功能改性劑三類:海南PEM制氫用氣體擴(kuò)散層
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