气体扩散层国产化破局– 高工氢电新闻 2020.3 <span style="color: rgb(0, 0, 0); font-size: 14px; font-weight: 400;">高工氢电网</span>
随着燃料电池汽车销量的增长，作为电堆膜电极关键材料的气体扩散层（GDL）也迎来了新的发展机遇，日本东丽、德国西格里等知名外企开始加快在全球GDL市场攻城略地。
然而，由于这种材料具有极高的技术壁垒，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，能够量产的企业寥寥无几，并且尚在送样阶段，距离商业化应用还有一段距离。
“目前市场上还没有看到能真正装堆使用的国产气体扩散层产品。”国内一家膜电极企业技术总监告诉高工氢电，尽管有少数企业已经在送样测试了，但是国内的膜电极和电堆企业还是更青睐进口的气体扩散层。
他还进一步解释，在市场整体需求量不大的情况下，选择进口的产品虽然价格会更高，但是品质和耐久性上更有保障，一般企业不会冒风险用国产的材料装堆上车。
显然，气体扩散层的国产化突围将是一个艰难的过程。
气体扩散层的制备难题
气体扩散层在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的重要作用。
由于气体扩散层以上的特征，也就要求其具备良好的传质、传热、和导电的性能，再加上需要它具备一定的机械强度来支撑膜电极，良好的机械强度自然必不可少。因此，要做好气体扩散层并非易事。
“首先需要有一个好的气体扩散层材料。”深圳市通用氢能科技有限公司（下称“通用氢能”）总经理尧克光博士在接受高工氢电采访时表示，气体扩散层的材料选择有较高的要求。
GDL从材料来源来看，大体分为四种，碳纤维纸、碳纤维编织布、无纺布以及碳黑纸。由于原材料和制备工艺的不同，得到的扩散层材料的性能也不同。
在长期的实验和应用过程中发现，由于碳纸质量轻、表面平整、耐腐蚀、孔隙率均匀且强度高，厚度可根据使用要求调整，更适合耐久性燃料电池使用。碳纸也因其制造工艺成熟、性能稳定，成为气体扩散层材料的主流选择。
“碳纸的基材来源于碳纤维，把碳纤维做成碳纸才是核心的难点所在。”武汉喜玛拉雅光电技术总监雷一杰告诉高工氢电，日本东丽正是凭借深厚的技术积累，自产碳纤维、碳纸从而成为气体扩散层领域的龙头企业。
除了碳纤维基材，掌握材料的结构和水热管理也相当关键，现阶段国产气体扩散层跟国外的先进水平相比存在较大的差距。
“从气体扩散层的技术指标来看，国外先进水平电流密度达到2.5-3.0A/cm³，国内水平能做到1.5A/cm³，寿命仅国外的三分之一。”国内一家不愿具名的膜电极企业技术负责人认为，国产气体扩散层要追上进口还有很长一段距离。
气体扩散层的国产化突围
事实上，气体扩散层的成本在燃料电池中占比较高，要降低燃料电池的成本，实现关键材料的国产化突围是必然的选项。
美国能源部（DOE）数据显示，GDL规模化生产将会带来大幅的成本降低。每生产10万套质子交换膜燃料电池系统，其中GDL占比9%，每生产50万套质子交换膜燃料电池系统，GDL占比6%。
现阶段，燃料电池生产商大多采用美国Avcarb、日本东丽、德国SGL等厂商的气体扩散层产品，其中Avcarb、日本东丽占据较大的市场份额。东丽和SGL的产品价值链始于自己生产的碳纤维碳纸，一直到微孔层MPL涂布，具备深厚的基础碳材料开发和规模化生产能力。
高工氢电了解到，国内只有江苏天鸟、通用氢能、上海何森等少数企业涉足研发气体扩散层，并且大多处在小批样试产的状态，其中通用氢能既做碳纸也做MPL层，可以根据客户需求提供碳纸及气体扩散层成品。
涉及到GDL价格，尧克光表示，如果有批量的需求，国产GDL的价格可以做到进口的三分之一。
“国产的气体扩散层要取得突破，最关键的还是要解决原材料碳纸的批量化制造。”国内一家膜电极企业负责人认为，做成微孔层MPL涂布不是很难，GDL只有打通碳纸的国产化才具备自主优势。
整体而言，国内气体扩散层基础相对较弱，与国外差距还较大。由于燃料电池行业对气体扩散层的需求量小，现阶段国内企业研发动力不足。
“国内材料不是做不起来，如果能脚踏实地做事情，同时企业人员、设备、资金投入能跟上，与终端应用紧密结合，相信能较快地做出性能指标还不错的产品。”一名资深业内人士表示，未来3到5年内，国产的膜电极和电堆逐渐上量了，国产的GDL将会打开局面。
以下介绍一下气体扩散层的主要生产商：
日本东丽
东丽（TORAY）株式会社成立于1926年，总部位于日本东京。是全球燃料电池用碳纸和氢瓶碳纤维最大供应商。东丽除了片料碳纸，也在开发更适合于大批量规模生产的卷状碳纸。目前，东丽的“TGP-H”系列碳纸已经被日本丰田和本田的燃料电池汽车所采用。此外，东丽也在开发基于疏水性多孔层（MPL）树脂技术与涂层技术的气体扩散层（GDL），计划在2020年左右开始量产。
东丽的GDL产品特点介绍
德国西格里（SGL）
西格里集团（SGL）总部位于德国，是全球的碳素石墨材料以及相关产品的制造商之一。SGL产品价值链始于自己生产的碳纤维制品，一直到微孔层MPL涂布。公司在产品开发、规模化生产和全球市场销售方面拥有超过20年的经验。目前，SGL已经向全球200多家客户提供产品和服务，涵盖主要的燃料电池应用市场。2017年SGL与现代汽车签订了长期供货合同。
通用氢能
深圳市通用氢能科技有限公司成立于2018年，主要技术人员来自于南方科技大学教授王海江团队。经过2年多时间的发展，王海江团队优化了燃料电池气体扩散层的结构，开发了气体扩散层的生产工艺，也实现了气体扩散层小批量生产。目前通用氢能气体扩散层产能达到10万㎡/年，能实现从碳纸到气体扩散层的完整工艺生产，其产品在给南科燃料试用。
通用氢能GDL技术规格
江苏天鸟
江苏天鸟高新技术股份有限公司成立于1997年，主要从事碳纤维、芳纶纤维、石英纤维等特种高科技纤维的应用研究及开发，江苏天鸟具备优秀的碳纤维织物的生产能力，能做碳纸，其碳纸有给国内电堆厂送样，但由于燃料电池市场太小，尚无明确的GDL量产计划。
科德宝
科德宝是一家全球化技术集团，也是全球最大的无纺布公司。其业务60%与汽车有关，在1998年开始了燃料电池相关产品的研发。与其它公司不同，科德宝采用无纺布来制造 GDL。公司已投资建设完全工业化的GDL生产线，目前GDL还是在欧洲、德国生产，以后有可能很快在中国这边生产。现阶段，科德宝已经与中国25多家FC相关公司建立了良好的联系。