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碳纸制备关键技术

成果类型:: 新技术

发布时间: 2023-11-30 11:20:28

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 孙孟佳 | 2023-11-30 11:20:28

气体扩散层GDL是燃料电池核心材料之一,在支撑催化层、收集电流、传导气体和排水等方面发挥着重要作用。目前燃料电池气体扩散层关键生产技术基本上掌握在日本东丽、德国西格里、美国艾孚卡等公司,该类产品完全依赖进口。项目团队经过3年攻关,采用自主研发碳钎维分散与成型技术、基底层成型、碳化和石墨化技术、基底层高电导与疏水结构构建技术、高性能碳纸(片材)成套设备与控制技术等技术,实现了年产10万平方米的碳纸(片材)量产。本碳纸产品具有优异的导电率、良好的透气性、适当的亲水/疏水性和良好的机械强度,展现出良好的化学稳定性和热稳定性,其性能指标接近目前广泛商用化且性能优良的日本东丽碳纸,可广泛应用于氢燃料电池、直接甲醇燃料电池、PEM电解水、液流电池等器件中。

本碳纸产品具有优异的导电率、良好的透气性、适当的亲水/疏水性和良好的机械强度,展现出良好的化学稳定性和热稳定性,其性能指标接近目前广泛商用化且性能优良的日本东丽碳纸,可广泛应用于氢燃料电池、直接甲醇燃料电池、PEM电解水、液流电池等器件中。本碳纸生产技术,作为国内首条量产线,突破了国外“卡脖子”关键技术,实现了碳纸国产化,且技术指标达到国际先进水平,将为我国氢能与燃料电池产业的发展提供有力保障。

氢能作为一种绿色低碳的二次能源,对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义,已列入我国发展战略。随着双碳目标的推进和实施,氢能源汽车因零排放、无污染、高效率等优势收到国内外的普遍青睐,氢能燃料电池作为氢能源汽车的核心,其发展也受到极大重视。而燃料电池商业化不发的不断迈进,市场对燃料电池成本、可靠性及产能的关注度越来越高。限制质子交换膜燃料电池商业化的主要因素是其质子膜、催化剂和气体扩散层等和新材料组成电堆的持久性和成本。

长久以来,我国因核心技术受制于国外、成不居高不下、配套设施不完善等原因,燃料电池汽车的发展仍未取得较大突破。面对国外技术封锁,打通燃料电池和新材料壁垒,实现国产化突围是必经之路。碳钎维纸(简称碳纸),由于具有优异的导电性、化学稳定性和热稳定性,是目前使用最为广泛的气体扩散层,已成功应用于氢燃料电池、直接甲醇燃料电池、生物燃料电池,是氢燃料电池的卡脖子关键材料之一,其技术主要掌握在少数外国公司手中。本项目研究突破了“卡脖子”技术,实现了碳纸国产化量产,对于未来实现进口替代至关重要,应用前景十分广泛。

本项目由厦门大学郑志峰教授领衔。郑教授长期从事先进碳材料研究开发工作,在活性炭、硬碳、碳纸、碳纳米纤维、泡沫炭、碳毡、石墨毡等碳材料研发及其在储能、吸附、隔热、催化等应用方面取得了系列成果,承担各类项目10余项,发表论文60余篇,申请发明专利10余项,“大功率微波热解技术及工业化运用装备”“高性能木质活性炭”“碳纸”“电容炭”等成果获得推广应用。团队长期聘请蒋剑春院士为顾问,为团队提供强有力的支撑。

本项目实现碳纸量产后,已实现国内首条10万平方米/年的生产线,已向下游氢燃料电池膜电极、电堆企业与液流电池企业送样试用,有望1年内实现1~1.2亿左右的销售;未来三年内实现年产30~50万平方米的产量,实现销售3~5亿元,奠定我国氢燃料电池产业发展的基础。

本项目带动了国内外科研机构、龙头企业产学研创新合作新格局,突破国外“卡脖子”关键技术,实现燃料电池气体扩散层碳纸的国产化,解决GDL碳纸的掐脖子问题,未打破国外技术垄断及封锁提供了有力保障,为我国燃料电池产业发展奠定了坚实基础,创造了显著的社会效益。

已有合作生产,希望只通过联合研发、生产的方式进行转化。