碳纸——燃料电池量产的“最后壁垒”

      碳纸，又称为碳纤维纸，是燃料电池堆气体扩散层（Gas Diffusion Layer）的关键基底材料。

      主要使用湿法工艺制备而成：将短切碳纤维（5-20mm）分散在粘合剂溶液中，再经树脂浸渍、固化、碳化、石墨化等工艺处理。

      碳纸（碳纤维纸）由于具备良好的导电性能和均匀的孔隙结构等特点，成为氢燃料电池中气体扩散层的首选基底材料。然而，国产碳纤维工业的滞后发展使得碳纸成为阻碍燃料电池量产的“最后壁垒”。

      伴随车用燃料电池市场的放量，碳纸作为其必需原材料之一，预计到2030年重卡碳纸存量市场空间为175亿元。

      由于碳纤维、碳纤维原纸、炭化、石墨化和后处理等复杂工艺及装备的限制，碳纸技术长期被国外公司垄断，已经形成一个寡占供需市场情况，主要成规模供应商有Toray，SGL，Freudenberg，AvCarb，JNTG，Teijin（帝人），Mitsubishi Chemical Corporation。

      气体扩散层位于流场板和催化层之间，在燃料电池中起到收集电流、传导气体、支撑和稳定电极结构、水管理等作用。要做好气体扩散层，首先需要有一个好的气体扩散层材料。气体扩散层由基底层和微孔层构成，其中构成基底层的材料一般为碳纸、碳布等，通常气体扩散层厚度为 100~400μm。目前国内较难实现大规模量产碳纸，主要是受制于碳纤维石墨化和后处理等复杂工艺及设备问题。

      碳纸国产自主的重要性已无须多言，其生产技术极大程度上决定了产业化进程。

      1、上海碳际

      2、上海嘉资

      上海嘉资新材料有限公司长期专注于碳纤维复合材料的研发与设计，产品涉及燃料电池用气体扩散层产品、质子交换膜电解水制氢用碳纸碳毡产品、液流电池用碳毡产品、飞机及乘用车用刹车盘产品。

      3、金博股份

       2021年8月金博氢能投资约3,000万元，用于氢燃料电池相关材料等的研发、生产。2022年6月9日，金博股份发布公告，与神力科技就氢燃料电池领域应用的碳纸、柔性石墨极板达成战略合作。金博股份正在建设每年30万平方米的产能，片状碳纸将于2022年投产、2022年底形成销售，卷状碳纸将于2023年上半年投产。

      4、国科领纤新材料（常州）有限公司

      国家电投集团氢能科技发展有限公司（以下简称国氢科技），是国家电投直属的专业从事氢能的科技型企业，在核心材料部件、关键辅机、燃料电池及制氢设备方面全面布局，已实现燃料电池从材料到产品完全自主化。

      2023年11月7日，国氢科技两款“斯帛”系列碳纸产品正式发布！“斯帛”系列碳纸SB-CP150、SB-CP190，由国氢科技自主研发制造，产品理化性能卓越，机械强度高，导电性能强，透气性优异，表面平整，厚度精准可控且均一性良好。经过燃料电池和制氢设备充分应用和严格测试验证，具备较高的适配性和优异的性能表现，稳定性良好。

      年产30万平“斯帛”碳纸产线在国家电投华南氢能产业基地完成建设并实现投产。该产线为国内首条超高温、大幅宽碳纸自主技术量产线，产线各环节设备全部国产化，工艺技术完全自主化，已完全打通碳纤维分散、抄纸制毡、碳纸成型等主要工艺环节，产品批量生产一致性优越，原材料供应安全可控。

      6、骊能新能源

      骊能新能源由美锦能源与首席科学家张久俊院士联合创立，致力于解决氢能产业“卡脖子”关键核心材料环节，通过技术创新和规模化生产，推动氢能产业的快速发展，为我国能源结构的转型升级贡献骊能力量。公司主要产品包括燃料电池新型气体扩散材料（GDL)，制氢电解槽水气扩散材料，液流储能电池扩散材料等，致力于成为氢能核心材料领域的领军企业。

      7、仁丰特材

      山东仁丰特种材料股份有限公司成立于2006年，拥有丰富的湿法抄造和特种材料生产经验，熟悉涂布及热压工艺，已申报氢燃料用炭纸相关发明专利8项，形成了自主知识产权。仁丰特材150万m2/年气体扩散层GDL生产线已列入淄博市“十四五”氢能产业重大示范及山东省能源领域重点技术攻关项目，现一期50万m2产线已建成投产。

      8、宿州天尚安能碳纤维科技有限公司

      2023年11月7日，在安徽宿州市新能源碳材料产业创新发展对接会暨2023年天尚碳纸新产品发布会上，正式发布厦门大学能源学院郑志锋教授团队研发的高性能碳纸新产品。据报道，该团队已经实现年产10万m²碳纸（片材）生产线的建设和高性能碳纸产品的生产。

      9、中国制浆造纸研究院有限公司

      在 2023 年，该公司宣布与广东冠豪高新技术股份有限公司签订氢燃料电池用纸基碳纤维材料技术合作协议，计划当年内实现产品落地1。这显示出其在碳纸领域积极进行探索和布局，致力于推动碳纸的国产化发展。随着国内燃料电池市场的不断壮大，对于碳纸的需求也在逐步增加，该公司的相关举措对于打破国外在这一领域的垄断、实现关键材料的自主可控具有重要意义。  

      10、湖南隆深氢能科技有限公司

      11、上海碳动新能源科技有限公司

       上海碳动新能源科技有限公司（简称“碳动新能源”）气体扩散层生产设计规模为年产100万平米，2023年已建规模化卷对卷产能50万m²，同时建造50万m²的二期预留车间，2023年还推出了批量化、卷对卷碳纸产品，水冷堆用气体扩散层、空冷堆用气体扩散层、PEM/AEM电解槽用气体扩散层等其他特殊应用场景的气体扩散层。

      国际市场上，几大碳纸厂商包括美国AvCarb、日本东丽、德国SGL等。东丽和SGL的产品价值链始于自己生产的碳纤维碳纸，一直到微孔层MPL涂布，具备深厚的基础碳材料开发和规模化生产能力，是国际气体扩散层市场的龙头企业。

文章来源：根据网络公开信息由电池关键材料编辑整理