在氢燃料电池的关键零部件中，催化剂、质子交换膜、气体扩散层是业内普遍认同的三大难点材料，催化剂和质子交换膜已陆续实现国产替代、自主可控，而气体扩散层成为氢燃料电池关键材料国产化的“最后一个壁垒”。

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。

01、国产化难点：打通碳纤维到碳纸工艺

碳纤维纸（简称碳纸），是由短切碳纤维为原料，基质为天然纸浆或合成纸浆，辅以黏合剂和填料经抄纸工艺制造而成的纸状复合材料。

碳纸是气体扩散层材料的主流选择，将碳纤维做成碳纸的过程是气体扩散层生产的核心难点之一，需满足材料具有轻质、孔隙率均匀、导热导电性优异、耐腐蚀、憎水性强等特点。此外，碳纸需具备一定的机械强度，以保障质子交换膜燃料电池的安装和使用，从而稳定电极结构，提高电池的寿命。

在制造工艺方面，环视整个燃料电池产业链，碳纸的制造工艺是最复杂的，其生产流程中的每个阶段，对扩散层最终产品的性能都起着不同的影响。其中，碳化、物料分散及高温石墨化是核心步骤。

具体而言，碳化是将有机聚合物经过纺丝和稳定后，在温度高达1100℃-1350℃的惰性气体中进行。碳化去除了碳纤维中的挥发性物质，如氢气、氮气和氧气、水等，制成碳质量分数在90%以上的碳纤维制品。其难点在于碳材料本身很容易受到氧化、碳化等化学反应的影响，在高温高压的制备过程中，难以控制其他杂质和缺陷对材料性能产生的负面影响。

其次，将碳纤维进行分段剪切并在专门的溶液中进行分散，碳纸成型后，再经过树脂浸渍和硫化。短切碳纤维分散效果的好坏会直接影响到基底层的均匀性，从而影响燃料电池性能。所以，在分散工艺中，需要格外注意材料的孔径和孔径分布是否可控。

另外，碳纸的石墨化阶段非常重要，石墨化可全面提升碳纸的导电性、导热性以及力学性能等。然而，此工序需要在2000℃以上的高温下制备，设备和工艺成本较高，目前主要由国外企业垄断，国内还需积极推进高温石墨化设备的全面本土制造。

当前气体扩散层技术创新方向主要集中在控制成本、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，增强导电、导热性，减缓功能衰减等，力争早日实现大批量生产。

02、2023年碳纸国产化“结硕果”

中国是全球最大的氢燃料电池汽车市场，国内对于气体扩散层及碳纸的需求也在快速增加，越来越多企业加入氢燃料电池碳纸赛道，为攻克碳纸国产化壁垒与技术难题努力。

2023年11月7日，国氢科技宣布两款“斯帛”系列碳纸产品正式发布，年产30万平“斯帛”碳纸产线完成建设并实现投产。该产线是国内首条超高温、大幅宽碳纸自主技术量产线，产线各环节设备全部国产化，并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。

2023年11月20日，由中建科技设计、制造、建造的全球首个“光氢直柔”建筑——美锦氢能总部基地项目一期2号楼成功封顶。项目建成后将成为中国首个国产碳纸产业基地，能有效提升碳纸的生产规模和速度。

2023年3月16日，在上海碳际GDL量产线投产贯通仪式暨合格产品下线活动上，上海碳际总经理姜永燚表示，该公司GDL产品已基本达到稳定量产状态。早在2022年12月8日，该公司自主量产制造的国产化炭纸（TANJI™ CPM19）实现成卷交付出货。今年5月24日，上海碳际传来好消息，公司完成千万级A+轮融资，其资金将用于加大产品技术研发投入、加快原纸合资工厂建设等。

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。据了解，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。

此外，中国纸院、金博股份、上海嘉资、上海河森电气等企业也纷纷对外披露碳纸产品研发生产的最新进展。其中，4月25日，金博股份表示，全资子公司金博氢能已完成从碳纸原纸湿法成型到石墨化的全工艺链开发，片状碳纸已经实现量产，已经得到膜电极和电堆头部企业验证，将根据下游客户的需求分别提供碳纸或气体扩散层产品。

03、国产碳纸标准化 这些问题待落实

在碳纸国产化应用发展的过程中，已经实现了从无到有，而现在是一个从有到优的过程，这个过程中标准化的工作要求相当迫切。落实到具体主要有六个问题：碳纤维材料的全国产化、生产设备的自研国产化、设备工艺能耗控制、水气管理能力、抗老化能力以及产品均一性。

实现碳纸标准化工作，首先需要规范、完善碳纸测试方法，以适应实际工作。针对材料耐久性、亲疏水性和透气性等方面，制定合适且统一的评价标准。同时，探索更加精准的标准化作业体系，保障批量化产品的均一性、稳定性和性能的优异性。

一位业内人士曾表示，“如果单看产品的技术指标，国产的碳纸和气体扩散层跟进口之间的差距已经很小了，差距主要体现在批次的一致性上。”批量化制造离不开技术标准化和管理标准化，国内气体扩散层企业发展时间短，还缺乏充分的验证，特别是针对不同工况的应用欠缺经验和数据积累，最关键是要解决供应链管理和质量控制这两大核心问题。

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