贵州膜电极用碳纸制造

国科领纤于2023年在江苏常州武进区成立，聚焦氢燃料电池关键材料碳纸及相关“卡脖子”材料的技术攻关和产业化，旨在打破国外垄断、实现关键材料国产自主，国科领纤也是目前国内具备从连续纤维处理、碳原纸生产、碳纸生产全流程技术、批量化生产的团队。创始人为吴刚平博士，其带领的团队成员均来自于国内从事氢燃料电池碳纸研究单位——中科院山西煤炭化学研究所。吴刚平博士从该所毕业后，即从事碳纤维应用基础、工程化、燃料电池气体扩散层用碳纸研究，至今已有二十余年，具备扎实的科学研究基础和丰富的工程化经验。“目前，国内氢燃料电池用碳纸的产业化制备关键材料还处于被国外供应商垄断状态，生产依赖进口原材料二次加工，其价格及产量受原材料制约较大，性价比低。有限的产量不足以支撑我国燃料电池产业激增的市场需求，一定程度上阻碍了国内氢能和燃料电池产业国产自主发展。”吴刚平博士表示。疏水性碳纸碳化在1600℃，石墨化在2000以上℃。贵州膜电极用碳纸制造

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。贵州膜电极用碳纸制造碳纸”能将反应气体从双极板流道输送至催化层，避免 “局部缺气”。

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。

在质子交换膜燃料电池中，需同时实现“保水”与“排水”：保水：维持质子交换膜的湿润状态，保证质子传导效率；排水：快速排出催化层生成的液态水，避免堵塞气体通道导致“缺气”。实现方式：通过PTFE（聚四氟乙烯）疏水涂层调控亲疏水性，结合多孔结构的毛细作用，平衡水的留存与排出。稳定的力学性能需耐受电池组装时的夹紧压力（通常0.5-2MPa）、长期运行中的温度/湿度循环变化，避免变形、破损或分层，确保组件结构完整性。关键指标：拉伸强度（炭纸纵向一般＞15MPa）、弯曲强度、耐疲劳性，需在干湿交替、冷热循环下保持力学稳定性。拥有研发体系和研发队伍！

碳纸凭借其高导电性、多孔结构、优异的化学稳定性和机械强度，在多个高技术领域中扮演关键角色，尤其在能源转换与存储、特种工业等场景中应用。其应用领域可按功能需求分为 “能源部件”“特种功能材料” 和 “新兴技术场景” 三大类，具体如下：一、应用：能源转换与存储领域（占比超 80%）碳纸的应用场景是作为能源装置的 “功能载体”，作用是构建 “电子通道、气体通道、散热通道”，解决能源转换过程中的 “传质、导电、抗腐蚀” 问题，其中以燃料电池领域为关键。碳纸多孔结构设计 —— 构建 “连续且可控” 的气体通道。贵州膜电极用碳纸制造

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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。贵州膜电极用碳纸制造

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