上海水冷电堆用碳纸制造

专有碳纤维的结构与性能调控。近20年碳纤维制备和表面改性的基础研究、中试放大、工程化的研究经历，对碳(炭)材料的结构、设备及工艺有深刻理解。专有的配方与材料匹配。拥有专有碳纤维表面上浆剂、碳纤维可控分散/凝聚、碳纸粘结剂的自主知识产权，可制备出超薄(6g/m°)口分散均匀的碳纤维原纸。自主设计、定制的设备。专有碳纤维连续化处理装置、碳纤维原纸浸胶及压制装置、高温热处理、疏水改性等设备全部自主设计、定制，以达到碳纸制备的精细的工艺要求。研发体系和研发队伍。拥有一支过硬、经验丰富的研发团队，拥有完备的基础研究、技术开发、器件组装与性能评价平台，响应市场需求，产品持续迭代。碳纸的基材（如聚丙烯腈基、沥青基碳纤维）经高温碳化（通常 1000-1500℃）后，碳纤维石墨化程度高。上海水冷电堆用碳纸制造

优势2：兼具“导电”与“机械支撑”，系统结构稳定GDL不仅是“传质通道”，还是电化学系统的“导电骨架”与“结构支撑体”，其优势体现在两点：低电阻电子传导，减少能量损耗：GDL的基材（如碳纸、碳布）由高导电性的碳纤维制成，且经过石墨化处理，体积电阻率通常＜10mΩ・cm——能连接催化层与双极板，将反应产生的电子（阳极）或所需电子（阴极）传输，降低“欧姆损耗”（电化学系统的主要能量损耗之一）。若用普通导电材料（如金属网）替代：金属易被电解液腐蚀（如PEMFC的酸性环境），且无法兼度顾传质需求，反而增加系统内阻，机械支撑，耐受苛刻工况：燃料电池组装时，需对电池堆施加1-3MPa的压紧力（确保各层紧密接触、降低接触电阻）；运行中还会经历温度波动（-40℃~80℃）与湿度变化。GDL的碳纤维骨架具有高抗压强度与耐温性，能在压紧力下保持孔隙结构不坍塌，同时支撑脆弱的催化层与质子交换膜（避免膜被压破或催化层脱落），电池堆长期结构稳定。上海水冷电堆用碳纸制造碳纸使其成为燃料电池、电化学储能、过滤等领域的材料，且短期内难以被其他材料替代。

1.质子交换膜燃料电池（PEMFC）——应用场景质子交换膜燃料电池是当前新能源汽车（氢燃料电池车）、分布式发电、便携式电源的技术，而GDL是其“膜电极组件（MEA）”的关键组成部分（位于“催化层”与“双极板”之间），具体功能包括：气体传输：将双极板流道中的氢气（阳极）、氧气/空气（阴极）均匀扩散至催化层表面，确保反应位点充分接触反应物；电子传导：作为导电通路，将催化层产生的电子传递至双极板（形成外电路电流）；水管理：通过自身多孔结构，及时排出阴极生成的液态水（避免“水淹”堵塞气体通道），同时保留少量水分维持质子交换膜的湿润性（质子传导）；支撑与缓冲：为脆弱的催化层和质子交换膜提供机械支撑，双极板组装时的压力冲击，确保MEA结构稳定。

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。碳纸助力热管理，维持反应温度稳定。

碳纸的复杂性不仅在于步骤多，更在于每个环节都存在“矛盾点”，需通过精密调控平衡性能：纤维分散与均匀性：短切碳纤维表面惰性强，易团聚，需添加分散剂（如阳离子表面活性剂），但分散剂过量会影响后续树脂结合；同时，抄纸过程中纤维易沿水流方向定向排列，导致碳纸“各向异性”（不同方向导电性差异＞10%），需通过调整抄纸机网部转速优化。孔隙率与强度的平衡：燃料电池用碳纸需30%-50%的孔隙率（保证气体流通），但孔隙率过高会导致机械强度下降（易在组装时断裂），需通过树脂含量、热压压力、碳化温度的协同调控，在“透气”和“抗折”之间找到平衡点。高温工艺的稳定性：石墨化阶段需2000℃以上高温，设备（如石墨化炉）需耐极端高温且温度场均匀（炉内温差需＜5℃），否则会导致碳纸局部石墨化度不一致，导电性出现“热点”，影响燃料电池寿命。成本与性能的矛盾：高性能碳纸依赖高纯度短切碳纤维（如T700级）和高功率石墨化设备，单吨碳纤维价格超10万元，石墨化过程能耗占总成本的30%以上，而降低成本（如用低成本碳纤维）又会导致性能下降，形成技术瓶颈。碳纸高机械强度，抗压缩抗振动。安徽膜电极用碳纸制造

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”。上海水冷电堆用碳纸制造

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。上海水冷电堆用碳纸制造

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