中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著燃料電池汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(zhǎng)，作為電堆膜電極關(guān)鍵材料的氣體擴(kuò)散層（GDL）也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，日本東麗、德國(guó)西格里等知名外企開(kāi)始加快在全球GDL市場(chǎng)攻城略地。
然而，由于這種材料具有極高的技術(shù)壁壘，國(guó)內(nèi)企業(yè)受制于市場(chǎng)需求量低、技術(shù)不夠成熟等多方面原因，能夠量產(chǎn)的企業(yè)寥寥無(wú)幾，并且尚在送樣階段，距離商業(yè)化應(yīng)用還有一段距離。
“目前市場(chǎng)上還沒(méi)有看到能真正裝堆使用的國(guó)產(chǎn)氣體擴(kuò)散層產(chǎn)品?！眹?guó)內(nèi)一家膜電極企業(yè)技術(shù)總監(jiān)告訴高工氫電，盡管有少數(shù)企業(yè)已經(jīng)在送樣測(cè)試了，但是國(guó)內(nèi)的膜電極和電堆企業(yè)還是更青睞進(jìn)口的氣體擴(kuò)散層。
他進(jìn)一步解釋，在市場(chǎng)整體需求量不大的情況下，選擇進(jìn)口的產(chǎn)品雖然價(jià)格會(huì)更高，但是品質(zhì)和耐久性上更有保障，一般企業(yè)不會(huì)冒風(fēng)險(xiǎn)用國(guó)產(chǎn)的材料裝堆上車(chē)。
顯然，氣體擴(kuò)散層的國(guó)產(chǎn)化突圍將是一個(gè)艱難的過(guò)程。
氣體擴(kuò)散層的制備難題
氣體擴(kuò)散層在燃料電池中起到支撐催化層、收集電流、傳導(dǎo)氣體和排出反應(yīng)產(chǎn)物水的重要作用。
由于氣體擴(kuò)散層以上的特征，也就要求其具備良好的傳質(zhì)、傳熱、和導(dǎo)電的性能，再加上需要它具備一定的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)支撐膜電極，良好的機(jī)械強(qiáng)度自然必不可少。因此，要做好氣體擴(kuò)散層并非易事。
“首先需要有一個(gè)好的氣體擴(kuò)散層材料?！鄙钲谑型ㄓ脷淠芸萍加邢薰荆ㄏ路Q“通用氫能”）總經(jīng)理堯克光博士在接受高工氫電采訪時(shí)表示，氣體擴(kuò)散層的材料選擇有較高的要求。
GDL從材料來(lái)源來(lái)看，大體分為四種，碳纖維紙、碳纖維編織布、無(wú)紡布以及碳黑紙。由于原材料和制備工藝的不同，得到的擴(kuò)散層材料的性能也不同。
在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于碳紙質(zhì)量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙率均勻且強(qiáng)度高，厚度可根據(jù)使用要求調(diào)整，更適合耐久性燃料電池使用。碳紙也因其制造工藝成熟、性能穩(wěn)定，成為氣體擴(kuò)散層材料的主流選擇。
“碳紙的基材來(lái)源于碳纖維，把碳纖維做成碳紙才是核心的難點(diǎn)所在。”武漢喜瑪拉雅光電技術(shù)總監(jiān)雷一杰告訴高工氫電，日本東麗正是憑借深厚的技術(shù)積累，自產(chǎn)碳纖維、碳紙從而成為氣體擴(kuò)散層領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。
除了碳纖維基材，掌握材料的結(jié)構(gòu)和水熱管理也相當(dāng)關(guān)鍵，現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)氣體擴(kuò)散層跟國(guó)外的先進(jìn)水平相比存在較大的差距。
“從氣體擴(kuò)散層的技術(shù)指標(biāo)來(lái)看，國(guó)外先進(jìn)水平電流密度達(dá)到2.5-3.0A/cm3，國(guó)內(nèi)水平能做到1.5A/cm3，壽命僅國(guó)外的三分之一?！眹?guó)內(nèi)一家不愿具名的膜電極企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)氣體擴(kuò)散層要追上進(jìn)口還有很長(zhǎng)一段距離。
氣體擴(kuò)散層的國(guó)產(chǎn)化突圍
事實(shí)上，氣體擴(kuò)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(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化突圍是必然的選項(xiàng)。
美國(guó)能源部（DOE）數(shù)據(jù)顯示，GDL規(guī)?；a(chǎn)將會(huì)帶來(lái)大幅的成本降低。每生產(chǎn)10萬(wàn)套質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，其中GDL占比9%，每生產(chǎn)50萬(wàn)套質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，GDL占比6%。
現(xiàn)階段，燃料電池生產(chǎn)商大多采用美國(guó)Avcarb、日本東麗、德國(guó)SGL等廠商的氣體擴(kuò)散層產(chǎn)品，其中Avcarb、日本東麗占據(jù)較大的市場(chǎng)份額。東麗和SGL的產(chǎn)品價(jià)值鏈?zhǔn)加谧约荷a(chǎn)的碳纖維碳紙，一直到微孔層MPL涂布，具備深厚的基礎(chǔ)碳材料開(kāi)發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)能力。
高工氫電了解到，國(guó)內(nèi)只有江蘇天鳥(niǎo)、通用氫能、上海何森等少數(shù)企業(yè)涉足研發(fā)氣體擴(kuò)散層，并且大多處在小批樣試產(chǎn)的狀態(tài)，其中通用氫能既做碳紙也做MPL層，可以根據(jù)客戶需求提供碳紙及氣體擴(kuò)散層成品。
涉及到GDL價(jià)格，堯克光表示，如果有批量的需求，國(guó)產(chǎn)GDL的價(jià)格可以做到進(jìn)口的三分之一。
“國(guó)產(chǎn)的氣體擴(kuò)散層要取得突破，最關(guān)鍵的還是要解決原材料碳紙的批量化制造?！眹?guó)內(nèi)一家膜電極企業(yè)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，做成微孔層MPL涂布不是很難，GDL只有打通碳紙的國(guó)產(chǎn)化才具備自主優(yōu)勢(shì)。
整體而言，國(guó)內(nèi)氣體擴(kuò)散層基礎(chǔ)相對(duì)較弱，與國(guó)外差距還較大。由于燃料電池行業(yè)對(duì)氣體擴(kuò)散層的需求量小，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)企業(yè)研發(fā)動(dòng)力不足。
“國(guó)內(nèi)材料不是做不起來(lái)，如果能腳踏實(shí)地做事情，同時(shí)企業(yè)人員、設(shè)備、資金投入能跟上，與終端應(yīng)用緊密結(jié)合，相信能較快地做出性能指標(biāo)還不錯(cuò)的產(chǎn)品?！币幻Y深業(yè)內(nèi)人士表示，未來(lái)3到5年內(nèi)，國(guó)產(chǎn)的膜電極和電堆逐漸上量了，國(guó)產(chǎn)的GDL將會(huì)打開(kāi)局面。
以下介紹一下氣體擴(kuò)散層的主要生產(chǎn)商：
01、日本東麗：
東麗（TORAY）株式會(huì)社成立于1926年，總部位于日本東京。是全球燃料電池用碳紙和氫瓶碳纖維最大供應(yīng)商。東麗除了片料碳紙，也在開(kāi)發(fā)更適合于大批量規(guī)模生產(chǎn)的卷狀碳紙。目前，東麗的“TGP-H”系列碳紙已經(jīng)被日本豐田和本田的燃料電池汽車(chē)所采用。此外，東麗也在開(kāi)發(fā)基于疏水性多孔層（MPL）樹(shù)脂技術(shù)與涂層技術(shù)的氣體擴(kuò)散層（GDL），計(jì)劃在2020年左右開(kāi)始量產(chǎn)。
02、德國(guó)西格里（SGL）
西格里集團(tuán)（SGL）總部位于德國(guó)，是全球的碳素石墨材料以及相關(guān)產(chǎn)品的制造商之一。SGL產(chǎn)品價(jià)值鏈?zhǔn)加谧约荷a(chǎn)的碳纖維制品，一直到微孔層MPL涂布。公司在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、規(guī)模化生產(chǎn)和全球市場(chǎng)銷(xiāo)售方面擁有超過(guò)20年的經(jīng)驗(yàn)。目前，SGL已經(jīng)向全球200多家客戶提供產(chǎn)品和服務(wù)，涵蓋主要的燃料電池應(yīng)用市場(chǎng)。2017年SGL與現(xiàn)代汽車(chē)簽訂了長(zhǎng)期供貨合同。
03、通用氫能
深圳市通用氫能科技有限公司成立于2018年，主要技術(shù)人員來(lái)自于南方科技大學(xué)教授王海江團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過(guò)2年多時(shí)間的發(fā)展，王海江團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了燃料電池氣體擴(kuò)散層的結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了氣體擴(kuò)散層的生產(chǎn)工藝，也實(shí)現(xiàn)了氣體擴(kuò)散層小批量生產(chǎn)。目前通用氫能氣體擴(kuò)散層產(chǎn)能達(dá)到10萬(wàn)㎡/年，能實(shí)現(xiàn)從碳紙到氣體擴(kuò)散層的完整工藝生產(chǎn)，其產(chǎn)品在給南科燃料試用。
04、江蘇天鳥(niǎo)
江蘇天鳥(niǎo)高新技術(shù)股份有限公司成立于1997年，主要從事碳纖維、芳綸纖維、石英纖維等特種高科技纖維的應(yīng)用研究及開(kāi)發(fā)，江蘇天鳥(niǎo)具備優(yōu)秀的碳纖維織物的生產(chǎn)能力，能做碳紙，其碳紙有給國(guó)內(nèi)電堆廠送樣，但由于燃料電池市場(chǎng)太小，尚無(wú)明確的GDL量產(chǎn)計(jì)劃。
05、科德寶
科德寶是一家全球化技術(shù)集團(tuán)，也是全球最大的無(wú)紡布公司。其業(yè)務(wù)60%與汽車(chē)有關(guān)，在1998年開(kāi)始了燃料電池相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。與其它公司不同，科德寶采用無(wú)紡布來(lái)制造 GDL。公司已投資建設(shè)完全工業(yè)化的GDL生產(chǎn)線，目前GDL還是在歐洲、德國(guó)生產(chǎn)，以后有可能很快在中國(guó)這邊生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，科德寶已經(jīng)與中國(guó)25多家FC相關(guān)公司建立了良好的聯(lián)系。
