碳紙憑借其高導電性、多孔結構、優異的化學穩定性和機械強度,在多個高技術領域中扮演關鍵角色,尤其在能源轉換與存儲、特種工業等場景中應用。其應用領域可按功能需求分為 “能源部件”“特種功能材料” 和 “新興技術場景” 三大類,具體如下:一、應用:能源轉換與存儲領域(占比超 80%)碳紙的應用場景是作為能源裝置的 “功能載體”,作用是構建 “電子通道、氣體通道、散熱通道”,解決能源轉換過程中的 “傳質、導電、抗腐蝕” 問題,其中以燃料電池領域為關鍵。專有碳纖維連續化處理裝置、碳纖維原紙浸膠及壓制裝置、高溫熱處理、疏水改性等設備全部自主設計、定制!廣西AEM制氫用碳紙
GDL的表面與微觀結構決定其與催化層、雙極板的界面適配性,以及性能的空間均勻性,關鍵指標包括:表面粗糙度定義:GDL表面的凹凸程度(單位:μm,通過激光共聚焦顯微鏡測量,常用Ra值表示算術平均偏差)。意義:表面過粗糙(Ra>5μm)會導致與催化層接觸不緊密,增大接觸電阻;過光滑(Ra<1μm)則可能減少氣體擴散的“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不同區域的厚度偏差(單位:%),若偏差>10%,會導致組裝時局部壓緊力不均(薄處易壓破膜,厚處接觸電阻大)。GDL的厚度偏差需<5%。微觀結構完整性評估方式:通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察GDL的孔隙是否貫通、MPL與基材是否結合緊密、是否存在裂縫或雜質。意義:孔隙不貫通會形成“傳質死區”;MPL脫落會導致液體管理失效;雜質(如金屬顆粒)會引發局部腐蝕,均會嚴重影響GDL性能。廣西AEM制氫用碳紙碳紙耐受惡劣工況,延長使用壽命。

出色的化學與熱穩定性需在電池運行的苛刻環境(如酸性氛圍、30-100℃工作溫度、氧化還原反應)中保持穩定,不發生腐蝕、降解或與其他組件(如電解液、催化層)發生不良反應。化學穩定性:碳纖維基材和涂層材料(如炭材料、PTFE)需耐酸、耐氧化,避免生成雜質影響電池性能;熱穩定性:在工作溫度范圍內不軟化、不分解,同時具備一定導熱性,輔助散熱,避免局部過熱。低且均勻的接觸電阻與催化層、流場板的界面接觸電阻需極低且均勻,避免局部電阻過高導致“熱點”,影響反應均勻性和整體效率。優化方式:通過表面改性(如拋光、涂覆導電膠)降低界面接觸電阻,確保壓力分布均勻。
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。碳紙低阻傳遞電子,降低能耗。

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。碳紙高機械強度與抗壓縮性。四川氫燃料電池用碳紙生產廠家
疏水性碳紙特性:高吸水能力:促進水分滲透和分布,避免局部干燥。廣西AEM制氫用碳紙
預氧化與碳化階段(占加工成本40%-50%)是碳紙“性能轉化”的環節,步驟:預氧化:在200-300℃空氣氛圍中,使粘結劑與碳纖維發生交聯反應,防止后續碳化時纖維斷裂,需使用“連續式熱風隧道爐”,升溫速率嚴格(5-10℃/min),單噸碳紙能耗約500-800kWh;碳化:在800-1200℃惰性氣體(氮氣/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(單噸碳紙需氮氣約500-1000m3),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。廣西AEM制氫用碳紙
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