性能特點：具有多孔可控、導電導熱性能優良、機械強度高、憎水性強以及高度防腐蝕等特點。主要用途：碳紙是燃料電池氣體擴散層的關鍵基材，在氫燃料電池和 PEM 電解槽中扮演著膜電極與雙極板之間的溝通橋梁角色，具有氣體通道、電子通道、散熱通道等多種功能。此外，還可作為液流電池電極等。行業現狀：由于受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復雜工藝及裝備，過去國內碳紙長期主要依賴進口，價格較高，每平米可達千元以上。碳紙低阻傳遞電子，降低能耗。山東水冷電堆用碳紙在做的公司

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。廣西空冷電堆用碳紙碳紙疏水改性 —— 避免 “水淹” 阻斷氣體通道。

優勢2：兼具“導電”與“機械支撐”，系統結構穩定GDL不僅是“傳質通道”，還是電化學系統的“導電骨架”與“結構支撐體”，其優勢體現在兩點：低電阻電子傳導，減少能量損耗：GDL的基材（如碳紙、碳布）由高導電性的碳纖維制成，且經過石墨化處理，體積電阻率通常＜10mΩ?cm——能連接催化層與雙極板，將反應產生的電子（陽極）或所需電子（陰極）傳輸，降低“歐姆損耗”（電化學系統的主要能量損耗之一）。若用普通導電材料（如金屬網）替代：金屬易被電解液腐蝕（如PEMFC的酸性環境），且無法兼度顧傳質需求，反而增加系統內阻，機械支撐，耐受苛刻工況：燃料電池組裝時，需對電池堆施加1-3MPa的壓緊力（確保各層緊密接觸、降低接觸電阻）；運行中還會經歷溫度波動（-40℃~80℃）與濕度變化。GDL的碳纖維骨架具有高抗壓強度與耐溫性，能在壓緊力下保持孔隙結構不坍塌，同時支撐脆弱的催化層與質子交換膜（避免膜被壓破或催化層脫落），電池堆長期結構穩定。

作為未來清潔能源市場的重要一極，氫燃料電池的產業化技術必須實現國產可控，而氣體擴散層、催化劑、交換膜是氫燃料電池和PEM電解槽的關鍵零部件，作為業內公認的三大“卡脖子”材料，催化劑和交換膜已陸續實現國產自主。氣體擴散層（GDL）是燃料電池重要組件之一，其主要作用在于：催化劑的載體支撐電機結構導電作用均勻擴散氣體的作用擴散層輸水作用。燃料電池GDL要求：均勻的多孔質結構，透氣性能好電阻率低，電子傳導能力強結構緊密且表面平整，減小接觸電阻，提高導電性能具有一定的機械強度，適當的剛性與柔性，利于電極的制作，提供長期操作條件下電極結構的穩定性適當的親水/憎水平衡，防止過多的水分阻塞孔隙而導致氣體透過性能下降具有較好的化學穩定性和熱穩定性。正是由于對氣體擴散層用材料的嚴苛要求，碳纖維紙以其質量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙均勻且強度高，厚度可根據使用要求調整，適合耐久性燃料電池使用，成為GDL的可選材料。疏水性碳紙應用:電解池、濕度傳感器、需要水傳輸的燃料電池設計。

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。疏水性碳紙：涂覆親水材料(如Nafion、金屬氧化物或親水聚合物)或等離子處理增強親水性。廣西空冷電堆用碳紙

疏水性碳紙強拒水性:保持孔隙通暢，防止水淹電極氣體擴散優化:確保反應氣體傳輸。山東水冷電堆用碳紙在做的公司

1.基體纖維（占原材料成本70%-80%）碳紙的“骨架”由碳纖維制成，其品質直接決定碳紙的性能，也是成本差異的關鍵：場景（如燃料電池GDL）：需使用聚丙烯腈基（PAN基）高模碳纖維（如日本東麗T700、國內中簡科技ZT700），這類碳纖維純度高（碳含量＞95%）、直徑細（5-7μm）、強度高（拉伸強度＞4.9GPa），但價格昂貴——截至2024年5月，工業級PAN基碳纖維單價約200-500元/公斤，而用于碳紙的“超細旦、高純度”規格單價可達800-1500元/公斤。中低端場景（如普通過濾）：可使用瀝青基碳纖維或粘膠基碳纖維，價格較低（約50-200元/公斤），但性能（如導電性、耐腐蝕性）較差。2.粘結劑（占原材料成本10%-20%）用于將碳纖維粘結成紙狀基材，需具備“高溫碳化后不殘留雜質、與碳纖維相容性好”的特性，常用材料為：酚醛樹脂、環氧樹脂：主流選擇，需使用高純度（雜質含量＜0.1%）的特種樹脂，避免碳化后引入金屬離子（影響導電性），單價約150-300元/公斤；聚酰亞胺（PI）：用于碳紙（如耐2000℃以上高溫場景），粘結強度更高、碳化后碳殘留率高，但單價可達800-1200元/公斤，進一步推高成本。山東水冷電堆用碳紙在做的公司

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