福建AEM制氢用气体扩散层制造

在质子交换膜燃料电池中，需同时实现“保水”与“排水”：保水：维持质子交换膜的湿润状态，保证质子传导效率；排水：排出催化层生成的液态水，避免堵塞气体通道导致“缺气”。实现方式：通过PTFE（聚四氟乙烯）疏水涂层调控亲疏水性，结合多孔结构的毛细作用，平衡水的留存与排出。稳定的力学性能需耐受电池组装时的夹紧压力（通常0.5-2MPa）、长期运行中的温度/湿度循环变化，避免变形、破损或分层，确保组件结构完整性。关键指标：拉伸强度（炭纸纵向一般＞15MPa）、弯曲强度、耐疲劳性，需在干湿交替、冷热循环下保持力学稳定性。 碳纸进行（疏水处理）为完整的气体扩散层。福建AEM制氢用气体扩散层制造

作为气体扩散层的基材，碳纸的制备，除了准备原料、打浆抄纸、浸渍、固化这些步骤，还需碳化、石墨化处理。而气体扩散层的制备一般称为抄纸制程，在制程中还必须改善碳纸原料特性、导电性以及化学安定性。其方法为以碳纤维纸为基础再添加碳复合材料混合后热处理，其制程中还可以添加适当的中间原料并配合使用的特性研发出相同的碳纸。方法为以碳纤维纸为基础再添加碳复合材料混合后热处理，其制程中还可以添加适当的中间原料并配合使用的特性研发出相同的碳纸。碳纸在造纸阶段前必须先将连续长丝纤维切断成为3~12mm之间的短纤维段，组成短纤维段后的制程依序分为1.抄纸，2.含浸复合树脂，3.热压成形，4.碳化处理以及5.石墨化处理。复杂的工艺决定了碳纸是当前制约我国氢燃料电池领域发展的基础材料，受制于碳纤维、碳纤维原纸、石墨化和后处理等复杂工艺及装备，我国至今未能实现量产碳纸。目前可应用在燃料电池气体扩散层的碳纸生产厂商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中国台湾碳能等公司。因此，碳纸也被称之为燃料电池材料国产化的“一个壁垒”。海南空冷电堆用气体扩散层制造功能：导电，排水，机械支撑，热传导，气体扩散。

高温隔热与密封特种隔热：在航天器、火箭发动机等高温场景中，碳纸（尤其是石墨化碳纸）的导热系数低（＜0.1W/(m・K)）且耐 2000℃以上高温，可作为 “轻质隔热层”，替代传统陶瓷纤维（重量为陶瓷的 1/3）；高温密封：在石油化工的高温管道、阀门中，碳纸与金属复合后可制成 “密封垫片”，耐受 300℃以上高温（＞10MPa），且不与介质（如原油、溶剂）发生反应，使用寿命是传统石棉垫片的 5-10 倍。三、新兴应用：前沿技术领域随着材料改性技术（如碳纳米管、石墨烯复合）的发展，碳纸在新兴领域的应用不断拓展，是利用其 “可定制化” 的结构与性能。

电解水制氢装置在质子交换膜电解槽（PEM电解槽，高效制氢技术）中，碳纸同样作为多孔电极基材，用于阳极（氧气侧）和阴极（氢气侧）：阴极侧：支撑铂基催化剂，传导电子并输送水分子，同时排出生成的氢气；阳极侧：需耐受酸性环境（pH≈1）和高氧化电位（1.5-2.0V），碳纸的化学稳定性可避免腐蚀，其多孔结构还能减少氧气生成时的“气泡阻塞”问题。随着“绿氢”产业（利用可再生能源制氢）的发展，PEM电解槽需求增长，带动碳纸用量提升。疏水性碳纸：涂覆亲水材料(如Nafion、金属氧化物或亲水聚合物)或等离子处理增强亲水性。

功能改性剂（占原材料成本5%-10%）根据应用需求添加，用于优化碳纸的“疏水性、导电性、催化兼容性”：疏水处理剂：如聚四氟乙烯（PTFE）乳液，用于燃料电池碳纸的水管理，需使用高分散性PTFE（粒径＜0.1μm），单价约200-400元/公斤；导电改性剂：如石墨烯、碳纳米管（CNT），用于提升低品级碳纤维的导电性，单价昂贵（石墨烯约5000-10000元/公斤，CNT约2000-5000元/公斤），少量添加；抗腐蚀剂：如氮化硼（BN），用于电解水制氢碳纸，单价约800-1500元/公斤。在燃料电池工作中GDL起着传输反应介质、排出电化学产物、热和电传导的作用。重庆水冷电堆用气体扩散层

疏水性碳纸应用:质子交换膜燃料电池(PEMFC的GDL，需严格水分平衡的系统。福建AEM制氢用气体扩散层制造

1.特种过滤与分离高温气体过滤：在垃圾焚烧、钢铁冶炼等场景中，碳纸可耐受800℃以上高温，且多孔结构能过滤烟气中的粉尘（如PM2.5）、重金属（如汞），同时自身不被酸性烟气（如SO₂、HCl）腐蚀；液体分离：在化工废水处理中，经改性的碳纸（如涂覆石墨烯）可实现“选择性渗透”，分离水中的有机物（如染料、油污），且化学稳定性可避免被强氧化剂（如双氧水）降解。2.电磁屏蔽与防静电电子设备屏蔽：在航空航天、精密电子（如芯片制造）中，碳纸的高导电性可吸收或反射电磁波，用于制作“电磁屏蔽罩”，防止外部电磁干扰（EMI）影响设备精度；防静电材料：在半导体晶圆运输盒、易燃易爆环境（如化工储罐）中，碳纸可形成“导电通路”，将静电电荷快速导出（表面电阻＜10⁶Ω），避免静电火花引发事故。 福建AEM制氢用气体扩散层制造

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