碳紙作為氣體擴(kuò)散層材料，曾被列入“863”計(jì)劃。不同的氣體擴(kuò)散層材料對(duì)于電極的結(jié)構(gòu)、制作工藝和性能有很大的影響，而碳紙不僅具有均勻的多孔質(zhì)薄層結(jié)構(gòu)，且由于主要原料使用碳纖維，使它具備優(yōu)異的導(dǎo)性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

究竟碳紙需具備怎樣的性能才能更好的應(yīng)用在燃料電池中？如若能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本有多大的下降空間？

據(jù)高工氫電調(diào)研結(jié)果顯示，目前每平方米碳紙進(jìn)口價(jià)大約為300美元，如果我國(guó)自行生產(chǎn)碳紙價(jià)格至少可以下降到10美元以下，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。只要能夠制備性能穩(wěn)定且優(yōu)良的碳紙，便能在國(guó)內(nèi)開拓一片新的市場(chǎng)，還能同時(shí)進(jìn)軍海外市場(chǎng)。

高工氫電了解到，作為質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵技術(shù)材料之一，碳紙約占整個(gè)燃料電池20%-25%的成本。目前，國(guó)外有日本東麗、德國(guó)西格里、日本JSR、加拿大巴拉德等國(guó)外相關(guān)廠商已實(shí)現(xiàn)氣體擴(kuò)散層的規(guī)模化生產(chǎn)，而國(guó)內(nèi)受制于市場(chǎng)需求量低、技術(shù)不成熟等多方面原因暫未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

自2010年起，日本東麗已將其碳紙產(chǎn)品售價(jià)提高了15%。以往40x40cm的售價(jià)從78USD/PCS提高至91USD/PCS，其必須供應(yīng)給波音公司的碳纖產(chǎn)品已占據(jù)其絕大部分的產(chǎn)能，直至2012年，該公司已逐步停止出口燃料電池組件至其它國(guó)家；德國(guó)SGL的原材料由日本三菱供應(yīng)，但已被通知將逐月減少供給；加拿大巴拉德僅供應(yīng)給相關(guān)合作的整車企業(yè)。

反觀國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，從事碳材料研發(fā)的企業(yè)不在少數(shù)，但針對(duì)燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域的少之又少。

據(jù)悉，碳紙的制造工藝分為干法和濕法。干法工藝是利用氣流制網(wǎng)工藝首先將碳纖維制成厚度可控、均勻的無紡布，接著對(duì)其進(jìn)行一系列后處理制得碳纖維紙。干法的優(yōu)點(diǎn)在于無需將碳纖維短切，成紙強(qiáng)度性能較好，規(guī)?；a(chǎn)容易。干法造紙的快速發(fā)展，進(jìn)一步拓寬了碳纖維紙?jiān)谛履茉搭I(lǐng)域中的應(yīng)用。

通過濕法工藝產(chǎn)出的產(chǎn)品具有優(yōu)秀的纖維分散性。其碳纖維能提供一系列的功能包括復(fù)合材料制品表面效果、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和電磁屏蔽。這些功能能滿足一系列的產(chǎn)品應(yīng)用包括燃料電池、地?zé)嵯到y(tǒng)以及特種航天材料系統(tǒng)等。產(chǎn)品能適應(yīng)大部分樹脂系統(tǒng)。

與此同時(shí)，高工氫電了解到，氣體擴(kuò)散層的核心工藝在于碳紙的選材及技術(shù)，相應(yīng)碳紙應(yīng)滿足材料多孔可控、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性優(yōu)良、具備一定的機(jī)械強(qiáng)度、憎水性強(qiáng)以及高度防腐蝕。

資料顯示，氣體擴(kuò)散層規(guī)模化生產(chǎn)將會(huì)帶來大幅的成本削減。美國(guó)能源部數(shù)據(jù)顯示，2017年，每生產(chǎn)10萬套質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本50美元/kW，其中氣體擴(kuò)散層占比9%；每生產(chǎn)50萬套質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)成本45美元/kW，其中氣體擴(kuò)散層占比6%。然而目前，公開信息表明，中國(guó)大陸氣體擴(kuò)散層量產(chǎn)技術(shù)還是空白，主要原因是氣體擴(kuò)散層的石墨化工序需要2000℃以上的高溫，但高溫爐技術(shù)尚未掌握。如今國(guó)內(nèi)僅有中南大學(xué)、武漢理工大學(xué)、上海河森及安泰環(huán)境等供應(yīng)商和研究機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行氣體擴(kuò)散層的研發(fā)。