國(guó)科領(lǐng)纖,聚焦氫燃料電池關(guān)鍵材料碳紙及相關(guān)材料的技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化,致力于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化。創(chuàng)始人吳剛平博士從事碳纖維應(yīng)用基礎(chǔ)、工程化、燃料電池氣體擴(kuò)散層用碳紙研究,至今已有二十余年,國(guó)科領(lǐng)纖也是目前國(guó)內(nèi)具備連續(xù)纖維處理、碳原紙生產(chǎn)、碳紙生產(chǎn)全流程技術(shù)及批量化生產(chǎn)能力的團(tuán)隊(duì)。氣體擴(kuò)散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的三大關(guān)鍵零部件。目前,催化劑和交換膜已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主,而碳紙作為氣體擴(kuò)散層的基材,是制約我國(guó)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(guó)至今未能實(shí)現(xiàn)碳紙量產(chǎn),國(guó)內(nèi)氫燃料電池用碳紙的產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵材料仍然由國(guó)外供應(yīng)商所主導(dǎo)。因此,碳紙也被稱之為燃料電池材料國(guó)產(chǎn)化的“一個(gè)壁壘”。擁有過(guò)硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì),完備的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、器件組裝,響應(yīng)市場(chǎng)需求,產(chǎn)品持續(xù)迭代。遼寧水冷電堆用氣體擴(kuò)散層在做的公司
GDL的表面與微觀結(jié)構(gòu)決定其與催化層、雙極板的界面適配性,以及性能的空間均勻性,關(guān)鍵指標(biāo)包括:表面粗糙度定義:GDL表面的凹凸程度(單位:μm,通過(guò)激光共聚焦顯微鏡測(cè)量,常用Ra值表示算術(shù)平均偏差)。意義:表面過(guò)粗糙(Ra>5μm)會(huì)導(dǎo)致與催化層接觸不緊密,增大接觸電阻;過(guò)光滑(Ra<1μm)則可能減少氣體擴(kuò)散的“界面通道”。典型范圍:Ra=1~3μm(帶MPL的GDL)。厚度與厚度均勻性厚度:GDL的整體厚度(單位:μm),由基材與MPL共同決定,典型范圍:100~300μm(燃料電池用)、300~500μm(電解水用)。厚度均勻性:GDL不同區(qū)域的厚度偏差(單位:%),若偏差>10%,會(huì)導(dǎo)致組裝時(shí)局部壓緊力不均(薄處易壓破膜,厚處接觸電阻大)。GDL的厚度偏差需<5%。微觀結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估方式:通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察GDL的孔隙是否貫通、MPL與基材是否結(jié)合緊密、是否存在裂縫或雜質(zhì)。意義:孔隙不貫通會(huì)形成“傳質(zhì)死區(qū)”;MPL脫落會(huì)導(dǎo)致液體管理失效;雜質(zhì)(如金屬顆粒)會(huì)引發(fā)局部腐蝕,均會(huì)嚴(yán)重影響GDL性能。貴州空冷電堆用氣體擴(kuò)散層有哪些疏水性碳紙常用聚四氟乙烯(PTFE)浸漬或涂層,形成防水表面。
出色的化學(xué)與熱穩(wěn)定性需在電池運(yùn)行的苛刻環(huán)境(如酸性氛圍、30-100℃工作溫度、氧化還原反應(yīng))中保持穩(wěn)定,不發(fā)生腐蝕、降解或與其他組件(如電解液、催化層)發(fā)生不良反應(yīng)。化學(xué)穩(wěn)定性:碳纖維基材和涂層材料(如炭材料、PTFE)需耐酸、耐氧化,避免生成雜質(zhì)影響電池性能;熱穩(wěn)定性:在工作溫度范圍內(nèi)不軟化、不分解,同時(shí)具備一定導(dǎo)熱性,輔助散熱,避免局部過(guò)熱。低且均勻的接觸電阻與催化層、流場(chǎng)板的界面接觸電阻需極低且均勻,避免局部電阻過(guò)高導(dǎo)致“熱點(diǎn)”,影響反應(yīng)均勻性和整體效率。優(yōu)化方式:通過(guò)表面改性(如拋光、涂覆導(dǎo)電膠)降低界面接觸電阻,確保壓力分布均勻。
國(guó)科領(lǐng)纖從流程、團(tuán)隊(duì)、技術(shù)三方面下足了功夫:流程上:把標(biāo)準(zhǔn)“嵌”進(jìn)全鏈條我們重新梳理了氫燃料電池用碳紙、GDL的研發(fā)與生產(chǎn)流程:從原材料選型的“合規(guī)性審核”,到生產(chǎn)過(guò)程中“關(guān)鍵工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控”,再到成品出廠前“多維度性能檢測(cè)(如透氣性、耐腐蝕性)”,每一步都明確標(biāo)準(zhǔn)、留存記錄,確保“任何環(huán)節(jié)出問(wèn)題都能追溯、可改進(jìn)”。團(tuán)隊(duì)上:讓品質(zhì)意識(shí)“深入人心”全員參與IATF16949與ISO9001標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn),從研發(fā)工程師到生產(chǎn)員工,再到質(zhì)檢人員,都要掌握“汽車級(jí)品質(zhì)要求”:比如生產(chǎn)GDL時(shí)如何使得孔結(jié)構(gòu)的一致性,質(zhì)檢時(shí)如何檢測(cè)材料的穩(wěn)定性,讓“按標(biāo)準(zhǔn)做事、為品質(zhì)負(fù)責(zé)”成為每個(gè)崗位的共識(shí)。技術(shù)上:以創(chuàng)新“撐”起高標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國(guó)科領(lǐng)纖在氫燃料電池材料領(lǐng)域的技術(shù)積累(如空冷電堆GDL的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)),我們將“標(biāo)準(zhǔn)要求”與“技術(shù)創(chuàng)新”深度綁定。比如針對(duì)汽車級(jí)GDL的“高穩(wěn)定性”需求,通過(guò)改進(jìn)碳纖維編織工藝與涂層技術(shù),讓產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中不易塌陷、電壓波動(dòng)更小——這既是技術(shù)突破,也是對(duì)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的落地。專有碳纖維連續(xù)化處理裝置、碳纖維原紙浸膠及壓制裝置、高溫?zé)崽幚怼⑹杷男缘仍O(shè)備全部自主設(shè)計(jì)、定制!
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)散層多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) —— 構(gòu)建 “連續(xù)且可控” 的氣體通道。山西空冷電堆用氣體擴(kuò)散層售價(jià)
氣體擴(kuò)散層傳遞電子,構(gòu)建 “電流通路”。遼寧水冷電堆用氣體擴(kuò)散層在做的公司
氫燃料電池(主要應(yīng)用)在質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC,氫燃料電池的主流技術(shù)路線)中,碳紙是氣體擴(kuò)散層(GDL)的基材,位于“膜電極(MEA)”與“雙極板”之間,是燃料電池發(fā)電的“關(guān)鍵橋梁”,具體功能包括:氣體傳輸:多孔結(jié)構(gòu)(孔隙率30%-50%)可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面,確保反應(yīng)氣體充分接觸催化劑;電子傳導(dǎo):高導(dǎo)電性(體積電阻率<10mΩ?cm)可將反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)至雙極板,形成外部電流;水管理:經(jīng)聚四氟乙烯(PTFE)疏水處理后,可排出反應(yīng)生成的水(避免電解液“水淹”催化劑),同時(shí)防止電解液滲透;散熱與支撐:良好的導(dǎo)熱性可帶走反應(yīng)熱量,避免局部過(guò)熱;機(jī)械強(qiáng)度可支撐膜電極,防止組裝時(shí)破損。目前,車用氫燃料電池(如豐田M、國(guó)內(nèi)比亞迪氫能車)、便攜式燃料電池(如無(wú)人機(jī)、應(yīng)急電源)均依賴高品級(jí)碳紙,且對(duì)碳紙的“薄型化(厚度0.1-0.2mm)、低電阻率、高抗折性”要求極高。遼寧水冷電堆用氣體擴(kuò)散層在做的公司
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