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海南AEM制氫用碳紙制造

來源: 發布時間:2025-09-22

碳紙的復雜性不僅在于步驟多,更在于每個環節都存在“矛盾點”,需通過精密調控平衡性能:纖維分散與均勻性:短切碳纖維表面惰性強,易團聚,需添加分散劑(如陽離子表面活性劑),但分散劑過量會影響后續樹脂結合;同時,抄紙過程中纖維易沿水流方向定向排列,導致碳紙“各向異性”(不同方向導電性差異>10%),需通過調整抄紙機網部轉速優化。孔隙率與強度的平衡:燃料電池用碳紙需30%-50%的孔隙率(保證氣體流通),但孔隙率過高會導致機械強度下降(易在組裝時斷裂),需通過樹脂含量、熱壓壓力、碳化溫度的協同調控,在“透氣”和“抗折”之間找到平衡點。高溫工藝的穩定性:石墨化階段需2000℃以上高溫,設備(如石墨化爐)需耐極端高溫且溫度場均勻(爐內溫差需<5℃),否則會導致碳紙局部石墨化度不一致,導電性出現“熱點”,影響燃料電池壽命。成本與性能的矛盾:高性能碳紙依賴高純度短切碳纖維(如T700級)和高功率石墨化設備,單噸碳纖維價格超10萬元,石墨化過程能耗占總成本的30%以上,而降低成本(如用低成本碳纖維)又會導致性能下降,形成技術瓶頸。疏水性碳紙適合水管理場景:如電解水制氫、某些燃料電池陰極,需排出液態水。海南AEM制氫用碳紙制造

碳紙

直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池以液態甲醇為燃料(無需先將甲醇重整為氫氣),常用于便攜式電子設備(如筆記本電腦、充電寶),GDL在此處的作用與PEMFC類似,但需額外應對“甲醇滲透”問題:阻止anode側的液態甲醇過度滲透至cathode側(避免催化劑“中毒”);同時實現甲醇(陽極)、氧氣(陰極)的擴散,以及反應產物(水、二氧化碳)的排出。3.釩液流電池(VRFB)——儲能領域的關鍵應用釩液流電池是大規模電化學儲能(如風電、光伏配套儲能站)的主流技術之一,是通過釩離子的價態變化實現電能存儲與釋放。GDL位于“電極”與“雙極板”之間,主要作用是:電解液傳輸:讓釩離子電解液均勻滲透至電極的多孔反應界面;電子傳導:將電極表面的電子傳遞至雙極板,完成電流收集;防堵塞:避免電極材料脫落或電解液中的雜質堵塞流道,儲能系統長期穩定運行。上海水冷電堆用碳紙碳紙耐受惡劣工況,延長使用壽命。

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高溫隔熱與密封特種隔熱:在航天器、火箭發動機等高溫場景中,碳紙(尤其是石墨化碳紙)的導熱系數低(<0.1W/(m?K))且耐 2000℃以上高溫,可作為 “輕質隔熱層”,替代傳統陶瓷纖維(重量為陶瓷的 1/3);高溫密封:在石油化工的高溫管道、閥門中,碳紙與金屬復合后可制成 “密封墊片”,耐受 300℃以上高溫(>10MPa),且不與介質(如原油、溶劑)發生反應,使用壽命是傳統石棉墊片的 5-10 倍。三、新興應用:前沿技術領域隨著材料改性技術(如碳納米管、石墨烯復合)的發展,碳紙在新興領域的應用不斷拓展,是利用其 “可定制化” 的結構與性能。

在電解水制氫(尤其是質子交換膜電解池PEMWE、陰離子交換膜電解池AEMWE)中,GDL的作用是“傳輸反應物/產物+導電+支撐催化層”:PEMWE(酸性電解池):GDL分別用于陽極(傳輸水、排出氧氣)和陰極(傳輸氫氣、支撐析氫催化層),需耐酸性、耐氧化(陽極高電位環境),同時具備優異的液體(水)傳輸能力;AEMWE(堿性電解池):GDL需適配堿性環境,傳輸電解液(如KOH溶液)和氣體(氫氣/氧氣),避免堿腐蝕,保障電解效率;應用場景:工業綠氫制備(如化工、鋼鐵脫碳)、可再生能源(風電/光伏)配套儲能制氫,GDL的穩定性直接影響電解池的運行壽命。碳紙助力熱管理,維持反應溫度穩定。

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電解水制氫設備(如PEM電解槽)在綠色制氫技術中,質子交換膜電解槽(PEMEC)通過電解水生成氫氣和氧氣,GDL分別應用于陰極(產氫側)和陽極(產氧側):陰極GDL:促進水分子擴散至催化層,同時將生成的氫氣及時導出(避免氣體滯留影響電解效率);陽極GDL:耐受高氧化性環境(產氧過程伴隨強氧化),并傳輸氧氣和電解液;此外,GDL需具備優異的耐腐蝕性(應對酸性電解液)和機械強度,適應電解槽的高壓運行環境。5.其他新興領域除上述主流場景外,GDL還在以下領域逐步應用:金屬-空氣電池(如鋅-空氣電池):作為空氣正極的“氣體通道”,實現氧氣從大氣擴散至催化層,同時排出反應產物;傳感器(如氣體傳感器):利用其多孔結構和導電特性,實現目標氣體的快速擴散與信號傳導,提升傳感器的響應速度和靈敏度;電催化反應器(如CO?還原反應裝置):為CO?氣體、電解液與催化層提供三相接觸界面,促進CO?高效還原為甲醇、乙烯等化學品。綜上,氣體擴散層的應用邏輯是“解決氣-液-固三相界面的傳質、導電與產物排出問題”,因此其性能(如孔隙率、透氣性、導電性、耐腐蝕性)直接決定了相關設備的效率、壽命和成本,是新能源(氫能、儲能)領域不可或缺的關鍵材料。擁有碳纖維表面上漿劑、可控分散/凝聚、粘結劑的自主知識產權,可制備出超薄(6g/㎡)分散均勻的碳纖維原紙。膜電極用碳紙

碳紙使其成為燃料電池、電化學儲能、過濾等領域的材料,且短期內難以被其他材料替代。海南AEM制氫用碳紙制造

氣體擴散層(GDL)作為傳質、導電與結構支撐組件,其應用場景集中在依賴 “多相傳輸(氣、液、電子、離子)” 的能源轉換與存儲裝置中,GDL 的應用邏輯是 “解決多相(氣、液、電子)傳輸的協同與平衡”,其性能(如透氣性、導電性、耐腐蝕性)需根據具體裝置的工作環境(酸性 / 堿性、溫度、壓力)定制。目前,隨著氫能、儲能產業的發展,PEMFC 和電解池是 GDL 規模化應用潛力的領域,技術迭代方向集中在 “高穩定性、低成本、梯度孔結構優化” 以適配更高功率密度、更長壽命的能源裝置需求。海南AEM制氫用碳紙制造

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