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隨著國內(nèi)燃料電池汽車市場的崛起，作為電堆膜電極關(guān)鍵材料的氣體擴(kuò)散層正在加速國產(chǎn)化。氣體擴(kuò)散層的成本在燃料電池中占比較高，要降低燃料電池的成本，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化突圍是必然的選項(xiàng)。
如中國工程院院士衣寶廉所說：“當(dāng)前，作為燃料電池上游核心材料碳紙和氣體擴(kuò)散層，現(xiàn)在還處于幾乎被國外供應(yīng)商壟斷的狀態(tài)。為保障國家能源安全保障、推動(dòng)國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)良好發(fā)展，中國要能造出自己的關(guān)鍵核心材料碳紙和氣體擴(kuò)散層?！?/span>
何為氣體擴(kuò)散層？
氣體擴(kuò)散層是燃料電池中的一個(gè)重要組成部分。主要起到傳輸氣體和水分的作用，負(fù)責(zé)將雙極板中的氫氣和氧氣引導(dǎo)到催化層中，為催化層提供足夠的氣體用于反應(yīng)，同時(shí)將催化層中生成的水傳遞到雙極板，防止生成物在催化層中堆積，阻礙反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行。由于氣體擴(kuò)散層以上的特征，就要求其具備良好的導(dǎo)電和傳熱性能，同時(shí)需要良好的機(jī)械強(qiáng)度。
氣體擴(kuò)散層的材料選擇對(duì)性能有著直接的影響。從材料的來源看，GDL大體分為三種：碳纖維紙、碳纖維編織布、無紡布。
在長期的實(shí)踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，碳紙制造工藝成熟、性能穩(wěn)定，更適合應(yīng)用在耐久性的燃料電池，在生產(chǎn)中占據(jù)著主要地位。碳紙位于膜電極的兩端，其作用一是支撐電子交換膜，二涂掛催化劑，三是連接膜電極與雙極板。
國產(chǎn)化瓶頸何在？
現(xiàn)階段，碳紙供應(yīng)商主要有日本東麗（Toray）、德國西格里（SGL）及加拿大巴拉德（Ballard）等廠商，其中日本東麗和德國西格里具備深厚的基礎(chǔ)碳開發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)能力。
雖然GDL在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但是國內(nèi)的相關(guān)研究起步較晚，加之碳紙制備核心被海外龍頭企業(yè)壟斷，技術(shù)水平對(duì)比國際先進(jìn)水平來看仍有一定的差距，國產(chǎn)化進(jìn)程比較緩慢。
正如東方證券分析師劉洋表示，“氣體擴(kuò)散層核心材料碳紙被海外壟斷，行業(yè)龍頭主要為：德國西格里、美國Avcard、日本東麗三家企業(yè)；而國內(nèi)碳紙/碳布產(chǎn)業(yè)化速度相對(duì)較慢，亟需進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)及進(jìn)口替代。”
國產(chǎn)化機(jī)遇何在？
目前，隨著政策的陸續(xù)出臺(tái)，國內(nèi)已有企業(yè)涉足研發(fā)氣體擴(kuò)散層，并且批量化生產(chǎn)也開始穩(wěn)步發(fā)展。
3月16日，在上海碳際實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司GDL量產(chǎn)線投產(chǎn)貫通儀式暨合格產(chǎn)品下線活動(dòng)上，上海碳際總經(jīng)理姜永燚表示，該公司GDL產(chǎn)品已基本達(dá)到穩(wěn)定量產(chǎn)狀態(tài)。
而早在2022年，上海碳際就已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)碳紙的小批量出貨交付。
如今，上海碳際已經(jīng)完成了A+輪的融資，本次融資資金將用于加大產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)投入、加快原紙合資工廠建設(shè)、持續(xù)提升產(chǎn)品質(zhì)量和市場服務(wù)能力。
產(chǎn)能方面，姜永燚表示：“上海碳際整體設(shè)計(jì)產(chǎn)能為40萬m2/年，目前碳紙產(chǎn)能為30萬m2/年，GDL產(chǎn)能15萬m2/年。預(yù)計(jì)今年年底將全線打通，通過設(shè)備改造，未來可實(shí)現(xiàn)碳紙產(chǎn)能40萬m2/年，GDL產(chǎn)能30萬m2/年?！?/span>
從我國碳紙行業(yè)發(fā)展來看，國產(chǎn)碳紙已由試驗(yàn)室階段逐步邁入小批量生產(chǎn)應(yīng)用階段。其中，中國紙?jiān)骸⒔鸩┕煞?、上海嘉資、上海河森電氣等企業(yè)也紛紛對(duì)外披露碳紙產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的最新進(jìn)展，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落地也已提上日程。
如今能否把握機(jī)遇？
從行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，目前國產(chǎn)碳紙的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在薄型化，可以減少傳導(dǎo)阻力，改善電堆極化；同時(shí)也需要降低成本、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以彌補(bǔ)進(jìn)口材料的短板。
上海碳際總經(jīng)理姜永燚表示，“面對(duì)碳紙的國產(chǎn)化發(fā)展，既需要行業(yè)形成連續(xù)性的規(guī)?；a(chǎn)能，也需要更好投入開發(fā)資源確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性?！?/span>
吳立群教授級(jí)高級(jí)工程師、主任表示，“我們認(rèn)為氣體擴(kuò)散層的國產(chǎn)化難度不是特別大，主要難點(diǎn)在工程化上。要真正打贏氣體擴(kuò)散層這場‘硬仗’，換言之就是在未來幾年國產(chǎn)產(chǎn)品能不能占到市場80%以上，能不能被頭部企業(yè)大量應(yīng)用，要達(dá)到這個(gè)程度是難的?！?/span>
總之，氣體擴(kuò)散層國產(chǎn)化是我國科技領(lǐng)域的一項(xiàng)重要任務(wù)。通過不斷創(chuàng)新研究方法、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、完善產(chǎn)業(yè)鏈條以及爭取政策支持等手段，我國氣體擴(kuò)散層研究已取得一定的進(jìn)展，上海碳際等企業(yè)正走在加速追趕的路上，為實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散層的國產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，燃料電池核心部件和材料距離攻克國產(chǎn)化的最后一個(gè)壁壘已經(jīng)不遠(yuǎn)了。
未來，我國在這一領(lǐng)域有望取得更多突破，為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。
