国产气体扩散层制胜“策略”

气体扩散层是不是燃料电池关键材料中最难啃下的硬骨头？对比已经进入产业化起步阶段、建设规模和产量都在上升的膜电极、质子交换膜、催化剂等材料而言，气体扩散层项目建设消息偏少，显得步伐慢了些。为何会如此？

“我们认为气体扩散层的国产化难度不是特别大，主要难点在工程化上。要真正打赢气体扩散层这场‘硬仗’，换言之就是在未来几年国产产品能不能占到市场80%以上，能不能被头部企业大量应用，要达到这个程度是难的。”仁丰特材教授级高级工程师、主任吴立群在2022（第四届）高工氢电产业峰会（华南站）上表示。

吴立群分析，燃料电池市场发展未来可期，是核心材料国产化的强力保障。气体扩散层国产化发展路线图清晰，也有充分的案例可供借鉴。但国产产品的批量应用仍需大量的测试、交叉验证、数据支持，企业必须充分做好“持久战”的思想准备。仁丰特材对打赢气体扩散层“硬仗”是有信心的，也做好了各项准备工作。

国产化机遇与挑战

会议伊始，吴立群分析了气体扩散层的技术发展趋势。

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。从生产工艺来看，各家制备气体扩散层时，树脂涂胶固化、高温石墨化热处理、疏水层、微孔层涂布等工艺基本相同，在前段碳纤维制备原纸环节则有三种技术：湿法（造纸法）工艺；干法无纺布生产工艺；碳纤维编织工艺。

相较之下，湿法技术采用水分散系统，成纸匀度好，有利于提高孔隙率、孔径分布等指标，有利于生产薄型气体扩散层。国际先进的气体扩散层头部企业大多聚焦于湿法专利技术研究，也大多采用湿法生产技术。湿法（造纸法）处于主流地位。

近些年来，电堆和膜电极没有产生过多的迭代、颠覆性技术，气体扩散层的生产技术状态也相应较为成熟、工艺稳定。预计在接下来的几年时间里，气体扩散层的生产工艺也不会发生太大的变化，处于不断优化的过程当中。优化主要体现在薄型化，可以减少传导阻力，改善电堆极化；同时生产规模扩大、成本降低，在线控制和数字化管理水平提升。

捋清了技术发展趋势，再来看国内发展形势。

当前国家对气体扩散层非常重视，支持鼓励产业化：科技部将气体扩散层批量制备技术列入“可再生能源与氢能技术”重点专项；五部委将气体扩散层产品列入燃料电池汽车示范应用的“以奖代补”政策中关键零部件；山东省发改委将气体扩散层项目列入山东省新旧动能转换重大产业攻关项目。这给了企业极大信心。

但需注意的是，气体扩散层的产业化，涉及制浆造纸、涂布热压、碳化石墨化等多行业领域交叉，链条长、生产环节复杂，研发周期长、资金投入大，同时对工程技术平台和公用工程平台的依赖也比较大。这些又限制了很多企业进入这个领域。

这也就是为何膜电极、质子交换膜、催化剂等核心材料已经进入产业化起步阶段，建设规模和产量都在上升，而国内气体扩散层项目建设消息偏少，步伐整体偏慢了些。

“燃料电池市场发展未来可期，是核心材料国产化的强力保障。而气体扩散层国产化发展路线图清晰，也有充分的案例可供借鉴。”吴立群表示，气体扩散层国产化是大势所趋，也是可行的，不会有特别大的难关过不去。希望企业勇敢站起来，扎实投入进去。

同时他也提醒，汽车行业是技术密集、标准密集型的产业，需要做大量的测试、交叉验证、海量的数据来支持，作为企业必须要做好持久战的思想准备。在接下来很长一段时间内，企业需要狠抓技术、加大研发投入，但产品不一定能够很快得到回 ，要做好这样的思想准备。

仁丰特材的解决思路

仁丰特材创立于2006年，是国内领先的特种纸材料骨干生产企业，生产规模为年产50万吨特种纸材料。由技术中心、技改中心和上海研发中心三个团队组成了公司的综合创新平台，技术骨干承担过很多国产替代的项目，整体研发实力强大。

作为特种纸材料领先企业，仁丰特材还拥有公用工程（包括生产场地用地、供水及水处理、供电及自备电站、废水处理工程等）和技改中心（团队经验丰富，年均技改工程量亿元以上）、技术中心（负责工艺创新转化、品质检测控制），这些都能够为攻克气体扩散层工程化难题及产业化的实现提供很好的支撑。

事实上，经过数年的前期工艺攻关及中试研究的积累，仁丰特材在气体扩散层领域已取得了不错的成果。公司拥有GDL生产的自主知识产权成果：发明专利（实质审查）13项，其中树脂改性4项、微孔层涂布工艺2项、薄型化炭纸3项、其他4项；已授权发明专利2项。

尤为值得一提的是，仁丰特材已于2021年开始工程设计和建设150万m2/年 GDL生产线，其中一期50万m2GDL将于2022年下半年建成投产，该项目已列入淄博市“十四五”氢能产业重大示范及山东省能源领域重点技术攻关项目。该项目先进性和技术特点体现为：

1、产能与国际同类先进GDL生产企业相当，有利于连续化生产的品控管理，提升产品的一致性、稳定性，生产多品种GDL产品；

2、采用湿法生产 GDL 主流技术，充分利用了企业的特种纸研发优势和平台；

3、从短切碳纤维原料起，包括制浆、抄造、涂胶、热压、碳化、石墨化、疏水层涂布、微孔层涂布、烧结全链生产，卷对卷产品国内首家规模化实现；

4、手握自主工程化设计和产线设备集成，包括丰富的在线检测、产品缺陷识别检测技术。

吴立群透露：“一期50万m2的产线，在打通带料调试过程中很顺利，增加了项目组人员的信心和公司的信心。公司的配套体系可提供支撑，含信息化平台、MES系统、岗位操作骨干、操作规程的切换转移等，这些都能为这个项目起到很好的支持作用。”

项目建设时间进度表

仁丰特材通过自主研发，掌握了气体扩散层全套的技术，有利于控制产品质量及降低成本；同时借助公司原有的强大综合实力，产线建设速度非常快。

与此同时，仁丰特材正积极进行资源整合，包括产学研深度合作、协同膜电极客户深度参与等，比如与湖南大学等高校合作，很好地解决了碳化和石墨化的难题；在项目研发过程中与很多膜电极企业建立了很好的联系。

此外，仁丰特材还在做以下三项重要工作：

1、 组建测试研究中心，包括团队、校企合作。

2、组建专业性炭纸技术研究中心（与临港集团合作）。“我们的产线和技术不能总是‘跟跑’，是不是能够在几年后能够进入‘并跑’，或者在某一方面有‘领跑’的可能，这是我们的思路。”吴立群说。

3、筹建科技开发股份公司，启动融资合作模式。