液流電池（儲能領(lǐng)域）在全釩液流電池（VRFB，大規(guī)模儲能的主流技術(shù)之一）中，碳紙是電極的骨架，用于“儲存電解液中的活性物質(zhì)（釩離子）”并促進電化學(xué)反應(yīng)：多孔結(jié)構(gòu)可吸附大量釩電解液（釩離子濃度1.5-2.0mol/L），增大反應(yīng)接觸面積；高導(dǎo)電性確保電子在電極與集流體之間傳遞；耐強酸性和抗釩離子氧化的特性，可延長電池壽命（通常要求碳紙在5000次循環(huán)后性能衰減＜10%）。特種應(yīng)用：工業(yè)與制造領(lǐng)域在對 “耐溫、導(dǎo)電、抗腐蝕” 有特殊要求的工業(yè)場景中，碳紙作為 “特種功能材料” 替代傳統(tǒng)金屬或塑料，解決極端環(huán)境下的材料失效問題。電解水制氫用GDL，氣體擴散層！青海氫燃料電池用GDL

高效輸送氣體反應(yīng)物：GDL具有高孔隙率（通常70%-85%）與貫通性孔隙結(jié)構(gòu)，能讓氣體從雙極板流道快速、均勻地擴散至催化層——避免局部氣體供應(yīng)不足導(dǎo)致的“反應(yīng)死區(qū)”，確保催化層每一處活性位點都能接觸到足量反應(yīng)物（如PEMFC中，H?需穿透GDL到達陽極催化層，O?到達陰極催化層）。對比無GDL的結(jié)構(gòu)：氣體易在電極表面聚集形成“氣泡阻隔”，導(dǎo)致反應(yīng)效率驟降。高效排出液態(tài)產(chǎn)物：以PEMFC陰極為例，反應(yīng)會生成液態(tài)水（O?+2H??+2e?→H?O），若積水無法排出，會堵塞氣體通道（即“水淹”），直接中斷氣體供應(yīng)。GDL通過疏水改性（如涂覆PTFE）與梯度孔徑設(shè)計，既能讓液態(tài)水在毛細(xì)力作用下快速流向雙極板流道排出，又能避免水膜完全覆蓋催化層（保留氣體接觸通道），實現(xiàn)“排水不堵氣”的平衡。抑制電解液“爬流”：在PEMFC中，質(zhì)子交換膜（電解質(zhì)）若因濕度變化或壓力差向GDL滲透過量，會填充GDL孔隙并覆蓋催化層，導(dǎo)致氣體無法接觸活性位點。GDL的微孔層（MPL，碳粉+PTFE涂層）能形成“物理屏障”，限制電解液過度滲透，同時維持膜的適度濕潤（保障質(zhì)子傳導(dǎo)）。青海氫燃料電池用GDLGDL化學(xué)穩(wěn)定性：耐受惡劣工況，延長使用壽命。

GDL 的優(yōu)勢本質(zhì) ——“多功能集成的橋梁”氣體擴散層的所有優(yōu)勢，本質(zhì)是其實現(xiàn)了 “傳質(zhì)（氣體 / 液體）、導(dǎo)電、支撐、耐環(huán)境四大功能的集成”：它既是氣體從流道到催化層的 “傳輸管道”，也是電子從催化層到雙極板的 “導(dǎo)電導(dǎo)線”，還是維持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與壽命的 “支撐骨架”。沒有 GDL，燃料電池、高效電解水等電化學(xué)系統(tǒng)無法實現(xiàn) “高效、穩(wěn)定、長壽命” 運行，其性能會倒退至 “實驗室演示級別”，無法滿足商業(yè)化應(yīng)用（如汽車、儲能）的需求。

氫燃料電池（主要應(yīng)用）在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC，氫燃料電池的主流技術(shù)路線）中，碳紙是氣體擴散層（GDL）的基材，位于“膜電極（MEA）”與“雙極板”之間，是燃料電池發(fā)電的“關(guān)鍵橋梁”，具體功能包括：氣體傳輸：多孔結(jié)構(gòu)（孔隙率30%-50%）可均勻分配氫氣/氧氣到膜電極表面，確保反應(yīng)氣體充分接觸催化劑；電子傳導(dǎo)：高導(dǎo)電性（體積電阻率＜10mΩ?cm）可將反應(yīng)產(chǎn)生的電子傳導(dǎo)至雙極板，形成外部電流；水管理：經(jīng)聚四氟乙烯（PTFE）疏水處理后，可排出反應(yīng)生成的水（避免電解液“水淹”催化劑），同時防止電解液滲透；散熱與支撐：良好的導(dǎo)熱性可帶走反應(yīng)熱量，避免局部過熱；機械強度可支撐膜電極，防止組裝時破損。目前，車用氫燃料電池（如豐田M、國內(nèi)比亞迪氫能車）、便攜式燃料電池（如無人機、應(yīng)急電源）均依賴高品級碳紙，且對碳紙的“薄型化（厚度0.1-0.2mm）、低電阻率、高抗折性”要求極高。氣體擴散層工藝適配性：可定制化，滿足不同場景需求。

1.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）——應(yīng)用場景質(zhì)子交換膜燃料電池是當(dāng)前新能源汽車（氫燃料電池車）、分布式發(fā)電、便攜式電源的技術(shù)，而GDL是其“膜電極組件（MEA）”的關(guān)鍵組成部分（位于“催化層”與“雙極板”之間），具體功能包括：氣體傳輸：將雙極板流道中的氫氣（陽極）、氧氣/空氣（陰極）均勻擴散至催化層表面，確保反應(yīng)位點充分接觸反應(yīng)物；電子傳導(dǎo)：作為導(dǎo)電通路，將催化層產(chǎn)生的電子傳遞至雙極板（形成外電路電流）；水管理：通過自身多孔結(jié)構(gòu)，及時排出陰極生成的液態(tài)水（避免“水淹”堵塞氣體通道），同時保留少量水分維持質(zhì)子交換膜的濕潤性（質(zhì)子傳導(dǎo)）；支撐與緩沖：為脆弱的催化層和質(zhì)子交換膜提供機械支撐，雙極板組裝時的壓力沖擊，確保MEA結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。空冷電堆的優(yōu)勢：1.已定型兩輪車、無人機氣體擴散層。水冷電堆用GDL

GDL梯度孔徑分布 —— 適配 “雙極板→催化層” 的傳輸需求。青海氫燃料電池用GDL

作為氣體擴散層的基材，碳紙的制備，除了準(zhǔn)備原料、打漿抄紙、浸漬、固化這些步驟，還需碳化、石墨化處理。而氣體擴散層的制備一般稱為抄紙制程，在制程中還必須改善碳紙原料特性、導(dǎo)電性以及化學(xué)安定性。其方法為以碳纖維紙為基礎(chǔ)再添加碳復(fù)合材料混合后熱處理，其制程中還可以添加適當(dāng)?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。方法為以碳纖維紙為基礎(chǔ)再添加碳復(fù)合材料混合后熱處理，其制程中還可以添加適當(dāng)?shù)闹虚g原料并配合使用的特性研發(fā)出相同的碳紙。碳紙在造紙階段前必須先將連續(xù)長絲纖維切斷成為3~12mm之間的短纖維段，組成短纖維段后的制程依序分為1.抄紙，2.含浸復(fù)合樹脂，3.熱壓成形，4.碳化處理以及5.石墨化處理。復(fù)雜的工藝決定了碳紙是當(dāng)前制約我國氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)材料，受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復(fù)雜工藝及裝備，我國至今未能實現(xiàn)量產(chǎn)碳紙。目前可應(yīng)用在燃料電池氣體擴散層的碳紙生產(chǎn)廠商有TORAY、SGL、Ballard、Avcarb、中國臺灣碳能等公司。因此，碳紙也被稱之為燃料電池材料國產(chǎn)化的“一個壁壘”。青海氫燃料電池用GDL

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