液流电池(储能领域)在全钒液流电池(VRFB,大规模储能的主流技术之一)中,碳纸是电极的骨架,用于“储存电解液中的活性物质(钒离子)”并促进电化学反应:多孔结构可吸附大量钒电解液(钒离子浓度1.5-2.0mol/L),增大反应接触面积;高导电性确保电子在电极与集流体之间传递;耐强酸性和抗钒离子氧化的...
GDL的表面与微观结构决定其与催化层、双极板的界面适配性,以及性能的空间均匀性,关键指标包括:表面粗糙度定义:GDL表面的凹凸程度(单位:μm,通过激光共聚焦显微镜测量,常用Ra值表示算术平均偏差)。意义:表面过粗糙(Ra>5μm)会导致与催化层接触不紧密,增大接触电阻;过光滑(Ra<1μm)则可能减少气体扩散的“界面通道”。典型范围:Ra=1~3μm(带MPL的GDL)。厚度与厚度均匀性厚度:GDL的整体厚度(单位:μm),由基材与MPL共同决定,典型范围:100~300μm(燃料电池用)、300~500μm(电解水用)。厚度均匀性:GDL不同区域的厚度偏差(单位:%),若偏差>10%,会导致组装时局部压紧力不均(薄处易压破膜,厚处接触电阻大)。GDL的厚度偏差需<5%。微观结构完整性评估方式:通过扫描电子显微镜(SEM)观察GDL的孔隙是否贯通、MPL与基材是否结合紧密、是否存在裂缝或杂质。意义:孔隙不贯通会形成“传质死区”;MPL脱落会导致液体管理失效;杂质(如金属颗粒)会引发局部腐蚀,均会严重影响GDL性能。碳纸高机械强度与抗压缩性。浙江碳纸有哪些
出色的化学与热稳定性需在电池运行的苛刻环境(如酸性氛围、30-100℃工作温度、氧化还原反应)中保持稳定,不发生腐蚀、降解或与其他组件(如电解液、催化层)发生不良反应。化学稳定性:碳纤维基材和涂层材料(如炭材料、PTFE)需耐酸、耐氧化,避免生成杂质影响电池性能;热稳定性:在工作温度范围内不软化、不分解,同时具备一定导热性,辅助散热,避免局部过热。低且均匀的接触电阻与催化层、流场板的界面接触电阻需极低且均匀,避免局部电阻过高导致“热点”,影响反应均匀性和整体效率。优化方式:通过表面改性(如抛光、涂覆导电胶)降低界面接触电阻,确保压力分布均匀。广西碳纸在做的公司碳纸保护膜电极,维持电池 “组装稳定性”。

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”。
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。疏水性碳纸应用:电解池、湿度传感器、需要水传输的燃料电池设计。

氢燃料电池(主要应用)在质子交换膜燃料电池(PEMFC,氢燃料电池的主流技术路线)中,碳纸是气体扩散层(GDL)的基材,位于“膜电极(MEA)”与“双极板”之间,是燃料电池发电的“关键桥梁”,具体功能包括:气体传输:多孔结构(孔隙率30%-50%)可均匀分配氢气/氧气到膜电极表面,确保反应气体充分接触催化剂;电子传导:高导电性(体积电阻率<10mΩ・cm)可将反应产生的电子传导至双极板,形成外部电流;水管理:经聚四氟乙烯(PTFE)疏水处理后,可排出反应生成的水(避免电解液“水淹”催化剂),同时防止电解液渗透;散热与支撑:良好的导热性可带走反应热量,避免局部过热;机械强度可支撑膜电极,防止组装时破损。目前,车用氢燃料电池(如丰田M、国内比亚迪氢能车)、便携式燃料电池(如无人机、应急电源)均依赖高品级碳纸,且对碳纸的“薄型化(厚度0.1-0.2mm)、低电阻率、高抗折性”要求极高。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。山东水冷电堆用碳纸厂家价格
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。浙江碳纸有哪些
可制备面密度低至6a/m“的分散均匀的、超薄型的碳纤维原纸(该技术已获专利授权)为高质量碳纸的制备提供了材料基础。通过改进配方和工艺制备的碳纸,碳纤维与树脂炭间界面结合良好,解决了碳纸材料的精细结构问题。气体扩散层包括疏水型和亲水型,可根据应用场景和用户需求量身定制高通量、长寿命、低成本的气体扩散层。气体扩散层的价值是“承上启下”——连接流场与催化层,同步实现气体传输、电子传导、水管理三大功能,其性能的均衡性(如透气与排水的平衡、导电与力学强度的平衡)直接决定了燃料电池等装置的功率密度、寿命和稳定性,是能源转换设备产业化的关键组件之一。浙江碳纸有哪些
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