第83章 燃料电池材料仍困黎明前夜

但由于气体扩散层由于碳纸选材及技术具有极高的技术壁垒，以及国内企业受制于市场需求量低、技术不够成熟等多方面原因，国内能够实现小批量生产的企业仅有上海河森、济平新能源、通用氢能以及碳能科技等公司，在实现大规模商用方面还差距甚远。

习薇对气体扩散层也深有了解，她说：“气体扩散层（GDL）包括基底层（BL）和覆盖在其上的表面涂层微孔层（MPL），是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的重要组成部分，对燃料电池的性能好坏起着至关重要的作用。

目前，气体扩散层技术相对成熟，碳纤维纸凭借制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为气体扩散层商业化的首选基底材料，表面涂层微孔层一般由碳粉和憎水剂构成，目前面临的主要挑战为大电流密度下水汽通畅传质的技术难点。

气体扩散层的成本主要由制造成本主导。

根据美国能源部（DOE）与巴拉德动力系统公司（Ballard）的联合研究项目，当气体扩散层的年产量为1000万m2/年（大约可供应50万套燃料电池系统）时，气体扩散层的生产成本为4.45美元/m2，当气体扩散层的生产规模为10万m2/年时，生产成本则约为56美元/m2，凸显其商业化利用潜力。”

赵硕：“气体扩散层核心工艺主要是碳纸选材及技术。

从碳纸材料角度来看，全球范围内气体扩散层核心材料碳纸市场已形成寡头垄断现状，目前全球的碳纸、碳布材料主要由日本东丽、加拿大巴拉德动力系统及德国SGL三家企业供应，日本东丽和德国SGL的气体扩散层产品价值链始于自己生产的碳纤维碳纸，一直到表面涂层微孔层MPL涂布，两家企业均具备深厚的基础碳材料开发和规模化生产能力。

目前，日本东丽占据较多的市场份额，德国SGL的原材料由日本三菱供应，但供给量在逐年减少，而加拿大巴拉德动力系统仅面向汽车行业供应。我国在气体扩散层领域尚未形成产业化。”

习薇不愧是赵硕的科研知己，不管赵硕说什么，她都能对号入座：“气体扩散层的石墨化工序需要经过2000℃以上的高温才能制备，在高温石墨化设备方面，目前主要由国外企业垄断。全球气体扩散层量产技术发展整体还不够成熟，生产的一致性和成本问题还有待解决。”

赵硕：“气体扩散层技术创新方向主要集中在提高碳纸的机械强度、增强气体传输性能、加强排水、控制渗透深度、平整度，降低粗糙度、增加涂层均匀程度。

气体扩散层（GDL）主要用于燃料和氧化剂的传输、生成水的排出、支撑催化剂和质子交换膜，以及电子传导和热传导等，对燃料电池的电化学性能有重要影响。

主要技术指标有孔隙率、电导率、热导率、压缩回弹性能、气体渗透性能、亲疏水特性等，完善其孔隙结构、降低传质阻力、增强排水、提高耐久性是当前研发热点，扩散层大规模生产工艺是其重点发展方向。”

习薇：“我国气体扩散层领域还存在其他风险：一是碳纸、碳布连续化生产所需的高温石墨化设备主要由国外企业垄断，二是碳纤维石墨化工艺复杂，我国碳纤维产业起步落后于欧美日，熟练掌握核心技术并能规模化生产的企业相对较少。”

赵硕帮习薇整理被风吹乱了的长发，没有意识到自己的动作有多亲密，依然沉浸在科研的思域里:

“未来气体扩散层的发展方向在基底层，提高碳纸的机械强度避免机械损坏，减少碳纸厚度以提高气体扩散的性能，增强气体传输性能以及加强排水减少流体腐蚀。

在表面涂层微孔层，对关键参数如最优厚度、孔隙率与孔尺寸、疏水性和渗透深度加以控制，实现排水性、含水量和气体传导率的平衡，构造疏水层排水梯度、增强疏水层力学性能等。

此外，国内还应积极推进高温石墨化设备等的全面本土制造，加快推进气体扩散层的产业化进程。”

习薇无奈地叹了一口气，心里虽在哀叹她的浪漫鲜花港之旅又埋汰在科研探讨的海洋里。

但嘴上却滔滔不绝：“当前燃料电池汽车产业受政策与技术助推产业化进程加速，国内燃料电池产业发展还缺乏关键材料基础，要打破国外的长期技术垄断，实现关键材料的国产化突围是必然的选项，需要加大对燃料电池关键材料产业化的研发投入，带动新材料、新能源、汽车高端装备制造成长，才能促进燃料电池产业化良好发展。”