第一節(jié) 燃料電池用碳紙定義及性質(zhì)
1、定義
燃料電池用碳紙是用于燃料電池電極氣體擴(kuò)散層的碳纖維紙材料，以短切碳纖維為原料，用造紙工藝制成一定厚度的紙，再經(jīng)后處理工藝制成的碳材料電極。
2、性質(zhì)
（1）優(yōu)異的電熱性能；
（2）導(dǎo)電性能，燃料電池用碳紙的自身電阻、密度、厚度以及加工工藝會(huì)影響碳纖維紙的導(dǎo)電性，使碳纖維電阻發(fā)生變化。通過控制生產(chǎn)工藝可以得到不同電導(dǎo)率的碳紙。
（3）多孔性，碳纖維是均勻的多孔性材料，加之碳纖維自身表面的比表面積大，碳纖維紙是重要的過濾材料。
（4）燃料電池用碳紙還具有輕量化、耐高溫、耐腐蝕等性能。
它同傳統(tǒng)的碳材料電極相比，具有體積小，重量輕，孔隙率高，有利于氣體擴(kuò)散，提高了電化學(xué)反應(yīng)的速率和效率等優(yōu)點(diǎn)。不僅用作質(zhì)子交換膜-燃料電池的氣體擴(kuò)散層電極材料，還可用于其它電化學(xué)裝置。
第二節(jié) 燃料電池用碳紙發(fā)展歷程
我國(guó)“八五”期間就曾對(duì)碳纖維造紙技術(shù)作過專門 研究 ，但作為PEMFC電極中的氣體擴(kuò)散層材料的碳纖維紙的 研究 尚處于起步階段。近年國(guó)內(nèi)有四五家高校、 研究 所開展過實(shí)驗(yàn)室小試探索，但沒有一家能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化有較大差距，無(wú)法滿足燃料電池的開發(fā)和應(yīng)用需要。浙江省普瑞科技有限公司(浙江省造紙 研究 所)借助長(zhǎng)期從事特種纖維抄造特種功能紙的 研究 和“八五”期間 研究 碳纖維紙積累的經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室小試探索的基礎(chǔ)上，為脫除碳纖維紙產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸，已進(jìn)入碳紙基紙機(jī)械化抄造的試驗(yàn)階段。目前國(guó)內(nèi)PEMFC研制所使用的碳纖維紙主要是日本東麗公司的產(chǎn)品，部分選用德國(guó)SGL公司或加拿大Ballard公司產(chǎn)品。
在各類燃料電池中,質(zhì)子 交換膜燃料電池(PEMFC)是 研究 進(jìn)程最快、最有 可能在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的品種,尤其適合作電動(dòng) 汽車的電源。PEMFC用碳紙是高新 技術(shù)產(chǎn)品，必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì) 效益。
PEMFC多孔擴(kuò)散電極材 料國(guó)產(chǎn)化將打破發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我 國(guó)燃料電池關(guān)鍵材料的封鎖，為 我國(guó)燃料電池的發(fā)展起到重要 的促進(jìn)作用；也將搭建起高性能 碳纖維在造紙上應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化 的技術(shù)平臺(tái)，為開發(fā)和擴(kuò)大我國(guó) 國(guó)防與民用高新技術(shù)領(lǐng)域的各 類碳纖維紙的應(yīng)用領(lǐng)域奠定技 術(shù)基礎(chǔ)。
第三節(jié) 全球燃料電池用碳紙 市場(chǎng)發(fā)展 及預(yù)測(cè)
一、全球燃料電池用碳紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家由于碳纖維工業(yè)發(fā)展比較早，成本較低，碳纖維紙的生產(chǎn)工藝技術(shù)已逐漸趨于成熟。
目前，日本Toray公司申請(qǐng)的碳纖維紙專利較多，且最近幾年仍在不斷改進(jìn)完善。US2005100498為日本MITSUBISHI RAYON公司于2003年申請(qǐng)的美國(guó)專利，其碳纖維紙以有機(jī)高分子化合物為粘結(jié)劑，選擇平均直徑小于5μm，平均長(zhǎng)度為3～10mm的碳纖維，并介紹了用此碳纖維紙做多孔碳電極材料的制作方法。
2002年申請(qǐng)的JP2003323897介紹了一種具有高電導(dǎo)性和柔韌性的電極材料和碳紙材料，碳紙包括碳纖維和酸基團(tuán)取代水溶性苯胺導(dǎo)體聚合物，聚合物還代有硫或羧基團(tuán)。
二、全球燃料電池用碳紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外的 研究 情況,可以得出燃料電池對(duì)碳紙的要求為:必須是多孔材料,以便為燃料電池/ 氧化劑提供氣體通道;必須是電和熱的良導(dǎo)體,以便電極反應(yīng)中產(chǎn)生的電子順利導(dǎo)出并及時(shí)排放出電池反應(yīng)產(chǎn)生的廢熱;必須具有一定的機(jī)械強(qiáng)度及拉伸強(qiáng)度以便支持電極的催化層以保證電極熱壓復(fù)合時(shí)擴(kuò)散層的物理結(jié)構(gòu)不變;必須容易進(jìn)行憎水處理,以保證水不留在電極內(nèi),造成電極水淹;必須在燃料電池的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
第四節(jié) 主要國(guó)家地區(qū)燃料電池用碳紙產(chǎn)業(yè)發(fā)展及預(yù)測(cè)
發(fā)達(dá)國(guó)家由于碳纖維工業(yè)發(fā)展比較早，成本較低，碳纖維紙的生產(chǎn)工藝技術(shù)已逐漸趨于成熟。PEMFC多孔氣體擴(kuò)散電極的關(guān)鍵材料碳纖維紙的研制水平較高并能批量供貨的主要有加拿大Ballard Material Products公司、德國(guó)SGI技術(shù)公司和日本東麗公司等少數(shù)幾家公司。碳紙基紙除采取機(jī)械生產(chǎn)外，石墨化工序大多只能采用間歇式工藝，極大地限制了碳纖維紙供應(yīng)量的增長(zhǎng)。
關(guān)于燃料電池的碳纖維紙 和多孔碳電極基材料的專利有許多。其中以日本公司專利為多。
隨著世界對(duì)經(jīng)濟(jì)、高效、清潔利用能源和開發(fā)新型能源需求不斷的增長(zhǎng)，碳紙作為燃料電池不可缺少的材料，降隨著燃料電池的的快速發(fā)展而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)不斷壯大。
免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請(qǐng)來(lái)電垂詢：4008099707。特此說明。