浅析气体扩散层市场现状

气体扩散层（GDL）是支撑催化剂层和收集电流的重要结构，同时为电极反应提供气体、质子、电子和水等多个通道，其成本通常占到燃料电池电堆总成本的5％左右。

PEMFC燃料电池电堆成本结构

气体扩散层由支撑层和微孔层组成，支撑层材料大多是憎水处理过的多孔碳纸或碳布，微孔层通常是由导电炭黑和憎水剂构成，作用是降低催化层和支撑层之间的接触电阻，使反应气体和产物水在流场和催化层之间实现均匀再分配，有利于增强导电性，提高电极性能。气体扩散层必须具备良好的机械强度、合适的孔结构、良好的导电性、高稳定性，其性能将直接影响燃料电池的电池性能。

目前，扩散层材料主要有碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布和碳黑纸等，也有利用泡沫金属、金属网等来制备。其中，碳纤维纸由于制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为扩散层的首选。工艺方面，气体扩散层所用炭纸初坯的制备方法可分为两种湿法和干法。湿法造纸技术制备的扩散层用炭纸具有良好且均匀的大量孔隙，能够通过调节酚醛树脂的量来控制孔隙率的大小，有利于加工成满足实际需求的炭纸。

扩散层核心工艺主要是碳纸选材及技术。从碳纸材料来看，全球范围内散层材料碳纸、碳布的供需已形成一个寡占市场情况，目前全球的碳纸、碳布材料供应商仅有日本Toray、加拿大Ballard及德国SGL三家。

日本TORAY目前占据较大的市场份额，且拥有的炭纸相关的专利较多，生产的炭纸具有高导电性、高强度、高气体通过率、表面平滑等优点；但Toray炭纸由于其脆性大而不能连续生产的特点导致其难以实现规模化生产，极大地限制了供应量的增长。Toray的绝大部分产能必须供应给波音公司的碳纤产品，因此到2012年，该企业几乎停止出口燃料电池组件（碳纸、碳布）至其它国家。从2010年起Toray将产品售价提高了15％，例40＊40cm规格产品售价从78＄／PCS提至91＄／PCS。

德国SGL的原材料由日本三菱供应，但供给在逐渐减少，而Ballard仅供应给汽车业界的合约商。

从技术来看，目前扩散层碳纸技术处于国外垄断状态，国内还在加速研究。主要集中于中南大学、武汉理工大学以及北京化工大学等，但研究时间较短，技术难题尚未攻克。中南大学提出过化学气相沉积（CVD）热解炭改性碳纸的新技术，发明了与变形机制高度适应的异型结构碳纸，采用干法成型、CVD、催化炭化和石墨化相结合的连续化生产工艺，但产品的耐久性和稳定性有所提升。

企业方面，上海河森电气公司已有小批量碳纸产品，2012年已有1000平方米／月生产能力；台湾碳能科技公司也有部分碳纸产品且价格较低，获得了一定市场认可。

气体扩散层的成本主要由加工费用主导，若规模化生产将会带来大幅的成本削减。根据Strategic Analysis数据，当生产规模从1000套提升到50万套时，成本会从＄2，661／套降到＄102／套，因此扩散层大规模生产工艺会是未来重点发展方向。

作者任11