氣體擴散層結構、材料及未來發展方向解析

氫燃料電池有四大關鍵材料，分別是催化劑、質子交換膜、氣體擴散層以及雙極板，它們在氫燃料電池中起到至關重要的作用。其中氣體擴散層主要起到支撐、導電、傳質、導熱等作用。

可能很多人對氣體擴散層不是很了解，本文給大家剖析一下氣體擴散層的材料及結構。

一、氣體擴散層材料

碳纖維：通過精煉油獲得丙烯腈，然后將丙烯腈紡絲，預氧化、低溫碳化、高溫碳化，得到碳纖維。

碳纖維紙：由具有高拉伸強度的碳纖維制成，通過樹脂膠將碳纖維牢固連接在一起，通過抄紙技術制備碳纖維紙。

碳紙：通過對碳纖維紙進行填孔等處理，然后低溫熱處理、低溫碳化、高溫碳化、石墨化，制備得碳紙。 

碳紙主要特點：

• 耐腐蝕性：碳紙經過高溫熱處理的碳構成，因此雜質含量極低，并且具有出色的耐腐蝕性。

• 高導電性：碳纖維更牢固地與碳鍵合，從而產生更好的導電性。

• 優異的透氣性：其高孔隙率使氣體平穩地流過碳紙。

• 高強度：碳紙薄，非常結實，并具有出色的壓縮特性。 

• 表面光滑：由于碳纖維沿表面方向定向，因此該材料具有非常光滑的表面，與紡織品不同，幾乎沒有不規則性。碳紙是一種可靠的材料，其特性在極端條件下保持穩定。它的重量輕，使得任何由這種材料制成的東西都明顯更 省油、更靈活。 

  
  

氣體擴散層：碳紙加上疏水處理、微孔層得到氣體擴散層。

二、氣體擴散層結構

氣體擴散層并不是單純的一個碳紙，而是基底層MPS+微孔層MPL，還要進行疏水處理。

圖出自通用氫能演講PPT

其中基底層的種類可以有碳纖維布、碳纖維紙、金屬網等，目前業界以碳纖維布為應用、研究主流；微孔層的種類有炭黑、石墨烯、碳納米管等；疏水劑有FEP、PTFE、氟基材料等。

氣體擴散層制備工藝流程：碳紙—連續疏水浸漬—多級熱工藝處理—微孔層分散與涂布—性能測試—最終出貨。

三、氣體擴散層未來發展方向

控制成本，實現大批量生產，提高性能就是氣體擴散層未來的發展方向。國內的氫燃料電池發展要市場化，就離不開降成本。氣體擴散層長期是進口，實現國產化就是一個可行并且業界正在積極嘗試的降成本路線。同時，提高性能，減緩材料衰減也是必行路徑。

以上內容節選自艾邦第一屆氫燃料電池產業論壇演講回顧 通用氫能 肖鵬永 銷售總監 《高性能氣體擴散層批量化制備技術探索》，完整版視頻請關注公眾號：艾邦氫科技網（ID：htech360），發送關鍵詞：20221021

應用 | 材料、工藝 | 設備

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