专有碳纤维的结构与性能调控。 近20年碳纤维制备和表面改性的基础研究、中试放大、工程化的研究经历,对碳(炭)材料的结构、设备及工艺有深刻理解。 专有的配方与材料匹配。 拥有专有碳纤维表面上浆剂、碳纤维可控分散/凝聚、碳纸粘结剂的自主知识产权,可制备出超薄(6g/m°)口分散均匀...
1.质子交换膜燃料电池(PEMFC)——应用场景质子交换膜燃料电池是当前新能源汽车(氢燃料电池车)、分布式发电、便携式电源的技术,而GDL是其“膜电极组件(MEA)”的关键组成部分(位于“催化层”与“双极板”之间),具体功能包括:气体传输:将双极板流道中的氢气(阳极)、氧气/空气(阴极)均匀扩散至催化层表面,确保反应位点充分接触反应物;电子传导:作为导电通路,将催化层产生的电子传递至双极板(形成外电路电流);水管理:通过自身多孔结构,及时排出阴极生成的液态水(避免“水淹”堵塞气体通道),同时保留少量水分维持质子交换膜的湿润性(质子传导);支撑与缓冲:为脆弱的催化层和质子交换膜提供机械支撑,双极板组装时的压力冲击,确保MEA结构稳定。通常为碳纸(导电性好些)或者碳布(柔韧性好些),疏水涂层:表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)等材料。新疆AEM制氢用GDL报价
1.基体纤维(占原材料成本70%-80%)碳纸的“骨架”由碳纤维制成,其品质直接决定碳纸的性能,也是成本差异的关键:场景(如燃料电池GDL):需使用聚丙烯腈基(PAN基)高模碳纤维(如日本东丽T700、国内中简科技ZT700),这类碳纤维纯度高(碳含量>95%)、直径细(5-7μm)、强度高(拉伸强度>4.9GPa),但价格昂贵——截至2024年5月,工业级PAN基碳纤维单价约200-500元/公斤,而用于碳纸的“超细旦、高纯度”规格单价可达800-1500元/公斤。中低端场景(如普通过滤):可使用沥青基碳纤维或粘胶基碳纤维,价格较低(约50-200元/公斤),但性能(如导电性、耐腐蚀性)较差。2.粘结剂(占原材料成本10%-20%)用于将碳纤维粘结成纸状基材,需具备“高温碳化后不残留杂质、与碳纤维相容性好”的特性,常用材料为:酚醛树脂、环氧树脂:主流选择,需使用高纯度(杂质含量<0.1%)的特种树脂,避免碳化后引入金属离子(影响导电性),单价约150-300元/公斤;聚酰亚胺(PI):用于碳纸(如耐2000℃以上高温场景),粘结强度更高、碳化后碳残留率高,但单价可达800-1200元/公斤,进一步推高成本。江苏GDL怎么样气体扩散层(GDL)作为燃料电池(如质子交换膜燃料电池 PEMFC)、电解池等电化学装置的组件之一。

预氧化与碳化阶段(占加工成本40%-50%)是碳纸“性能转化”的环节,步骤:预氧化:在200-300℃空气氛围中,使粘结剂与碳纤维发生交联反应,防止后续碳化时纤维断裂,需使用“连续式热风隧道炉”,升温速率严格(5-10℃/min),单吨碳纸能耗约500-800kWh;碳化:在800-1200℃惰性气体(氮气/氩气)氛围中,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“高温管式炉”,惰性气体消耗量大(单吨碳纸需氮气约500-1000m³),能耗约1500-2500kWh/吨——碳化阶段的能耗成本就占加工成本的30%以上。
气体扩散层(GasDiffusionLayer,GDL)是燃料电池(如质子交换膜燃料电池PEMFC)、电解池等能源转换装置的组件之一,其性能直接影响装置的传质效率、导电性、稳定性及整体输出性能,性能可从以下关键维度展开:1.优异的气体传输性能作为“气体通道”,需确保反应气体(如燃料电池的氢气、氧气)、均匀地从流场扩散至催化层,同时及时排出生成的水(如PEMFC的液态水),避免“水淹”堵塞通道。关键指标:透气性(气体渗透率)、孔隙率(通常30%-70%,需平衡透气与力学强度)、孔结构分布(梯度孔结构更利于水-气协同传输)。2.良好的电子导电性需作为“电子通路”,将催化层产生的电子(燃料电池)或外部电路输入的电子(电解池)传导至集流板,减少界面接触电阻和体电阻。特征:通常由碳纤维(如炭纸、炭布)制备,含导电涂层(如炭黑+PTFE),体积电阻率一般低于10⁻³Ω・cm,确保电子传输损耗小。 专有碳纤维连续化处理装置、碳纤维原纸浸胶及压制装置、高温热处理、疏水改性等设备全部自主设计、定制!

碳纸的复杂性不仅在于步骤多,更在于每个环节都存在“矛盾点”,需通过精密调控平衡性能:纤维分散与均匀性:短切碳纤维表面惰性强,易团聚,需添加分散剂(如阳离子表面活性剂),但分散剂过量会影响后续树脂结合;同时,抄纸过程中纤维易沿水流方向定向排列,导致碳纸“各向异性”(不同方向导电性差异>10%),需通过调整抄纸机网部转速优化。孔隙率与强度的平衡:燃料电池用碳纸需30%-50%的孔隙率(保证气体流通),但孔隙率过高会导致机械强度下降(易在组装时断裂),需通过树脂含量、热压压力、碳化温度的协同调控,在“透气”和“抗折”之间找到平衡点。高温工艺的稳定性:石墨化阶段需2000℃以上高温,设备(如石墨化炉)需耐极端高温且温度场均匀(炉内温差需<5℃),否则会导致碳纸局部石墨化度不一致,导电性出现“热点”,影响燃料电池寿命。成本与性能的矛盾:高性能碳纸依赖高纯度短切碳纤维(如T700级)和高功率石墨化设备,单吨碳纤维价格超10万元,石墨化过程能耗占总成本的30%以上,而降低成本(如用低成本碳纤维)又会导致性能下降,形成技术瓶颈。拥有碳纤维表面上浆剂、可控分散/凝聚、粘结剂的自主知识产权,可制备出超薄(6g/㎡)分散均匀的碳纤维原纸。新疆AEM制氢用GDL报价
GDL多相传输:同步解决 “气、液、电” 三大传输需求。新疆AEM制氢用GDL报价
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:快速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。
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