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隨著國內燃料電池汽車市場的崛起，作為電堆膜電極關鍵材料的氣體擴散層正在加速國產化。氣體擴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，實現(xiàn)關鍵材料的國產化突圍是必然的選項。
如中國工程院院士衣寶廉所說：“當前，作為燃料電池上游核心材料碳紙和氣體擴散層，現(xiàn)在還處于幾乎被國外供應商壟斷的狀態(tài)。為保障國家能源安全保障、推動國內氫能產業(yè)良好發(fā)展，中國要能造出自己的關鍵核心材料碳紙和氣體擴散層?！?/span>
何為氣體擴散層？
氣體擴散層是燃料電池中的一個重要組成部分。主要起到傳輸氣體和水分的作用，負責將雙極板中的氫氣和氧氣引導到催化層中，為催化層提供足夠的氣體用于反應，同時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，阻礙反應的進一步進行。由于氣體擴散層以上的特征，就要求其具備良好的導電和傳熱性能，同時需要良好的機械強度。
氣體擴散層的材料選擇對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。
在長期的實踐應用過程中發(fā)現(xiàn)，碳紙制造工藝成熟、性能穩(wěn)定，更適合應用在耐久性的燃料電池，在生產中占據(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。
國產化瓶頸何在？
現(xiàn)階段，碳紙供應商主要有日本東麗（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碳開發(fā)和規(guī)?；a能力。
雖然GDL在各個領域都有廣泛的應用，但是國內的相關研究起步較晚，加之碳紙制備核心被海外龍頭企業(yè)壟斷，技術水平對比國際先進水平來看仍有一定的差距，國產化進程比較緩慢。
正如東方證券分析師劉洋表示，“氣體擴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)；而國內碳紙/碳布產業(yè)化速度相對較慢，亟需進行產品開發(fā)及進口替代?！?/span>
國產化機遇何在？
目前，隨著政策的陸續(xù)出臺，國內已有企業(yè)涉足研發(fā)氣體擴散層，并且批量化生產也開始穩(wěn)步發(fā)展。
3月16日，在上海碳際實業(yè)集團有限公司GDL量產線投產貫通儀式暨合格產品下線活動上，上海碳際總經理姜永燚表示，該公司GDL產品已基本達到穩(wěn)定量產狀態(tài)。
而早在2022年，上海碳際就已實現(xiàn)國產碳紙的小批量出貨交付。
如今，上海碳際已經完成了A+輪的融資，本次融資資金將用于加大產品技術研發(fā)投入、加快原紙合資工廠建設、持續(xù)提升產品質量和市場服務能力。
產能方面，姜永燚表示：“上海碳際整體設計產能為40萬m2/年，目前碳紙產能為30萬m2/年，GDL產能15萬m2/年。預計今年年底將全線打通，通過設備改造，未來可實現(xiàn)碳紙產能40萬m2/年，GDL產能30萬m2/年。”
從我國碳紙行業(yè)發(fā)展來看，國產碳紙已由試驗室階段逐步邁入小批量生產應用階段。其中，中國紙院、金博股份、上海嘉資、上海河森電氣等企業(yè)也紛紛對外披露碳紙產品研發(fā)生產的最新進展，相關標準落地也已提上日程。
如今能否把握機遇？
從行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，目前國產碳紙的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在薄型化，可以減少傳導阻力，改善電堆極化；同時也需要降低成本、擴大生產規(guī)模，以彌補進口材料的短板。
上海碳際總經理姜永燚表示，“面對碳紙的國產化發(fā)展，既需要行業(yè)形成連續(xù)性的規(guī)模化產能，也需要更好投入開發(fā)資源確保產品質量的穩(wěn)定性、一致性。”
吳立群教授級高級工程師、主任表示，“我們認為氣體擴散層的國產化難度不是特別大，主要難點在工程化上。要真正打贏氣體擴散層這場‘硬仗’，換言之就是在未來幾年國產產品能不能占到市場80%以上，能不能被頭部企業(yè)大量應用，要達到這個程度是難的?！?/span>
總之，氣體擴散層國產化是我國科技領域的一項重要任務。通過不斷創(chuàng)新研究方法、優(yōu)化生產工藝、完善產業(yè)鏈條以及爭取政策支持等手段，我國氣體擴散層研究已取得一定的進展，上海碳際等企業(yè)正走在加速追趕的路上，為實現(xiàn)氣體擴散層的國產化奠定了堅實基礎，燃料電池核心部件和材料距離攻克國產化的最后一個壁壘已經不遠了。
未來，我國在這一領域有望取得更多突破，為國家經濟發(fā)展和社會進步做出更大貢獻。
