这张纸，决定了燃料电池能否真正上路

在每一台燃料电池车的心脏里，有一张看似普通却价值千金的"纸"。它薄如蝉翼，却承载着气体扩散、电子传导、水分管理和结构支撑四大使命。没有它，燃料电池就无法稳定工作。这张纸，就是碳纸。

一、碳纸：燃料电池的"隐形骨架"

燃料电池的核心膜电极（Member Electrode Assembly/MEA）由气体扩散层（Gas Diffusion Layer/GDL）、催化剂（Catalyst）、交换膜（Exchange Membrane）关键部件组成。

碳纸，又称为碳纤维纸，是燃料电池堆气体扩散层（Gas Diffusion Layer）的关键基底材料。主要使用湿法工艺制备而成：将短切碳纤维（5-20mm）分散在粘合剂溶液中，再经树脂浸渍、固化、碳化、石墨化等工艺处理。

理想的碳纸需要同时满足：

多孔结构：孔隙率70-80%，孔径分布兼顾气体扩散与排水

优异导电：平面电阻低至数mΩ・cm，保证电子传输效率

足够强度：承受装配压力和工作环境变化

化学稳定：耐受复杂的电化学环境

二、制造碳纸的"三重门"

1. 纤维分散：从混乱到有序

将3-20mm的短切碳纤维均匀分散在水中，是制造高质量碳纸的第一步，也是最大挑战。纤维极易团聚，一旦分散不均，最终产品性能将大打折扣。

2. 高温处理：千锤百炼

碳化 (1100-1350℃)：去除非碳成分，形成基本结构

石墨化 (2000℃以上)：提升导电性和稳定性

整个过程需在严格控制的惰性气氛中进行，防止氧化

3. 连续化生产：协同作战

从湿法成形、树脂浸渍、热压固化到高温处理，每个环节都需精确协调。任何参数波动都会影响最终产品质量。

资料来源：SGL，金瓯新材料研究院整理

三、技术路线：湿法vs干法

碳纸生产工艺方面，分为湿法工艺和干法工艺，湿法工艺属于成熟的工艺，东丽、西格里等厂商均采用湿法工艺。湿法制备的碳纸具有良好的均匀性和致密性结构，是国外燃料电池高性能碳纸普遍采用的方法。碳纸的干法制备是近年来迅速发展起来的工艺。该法的碳纸是以空气为介质，采用气流成网工艺加工成原纸，并经涂胶、干燥、碳化等后道工艺加工制备而成。特点是碳纸的碳纤维含量高，产品强度高。

湿法工艺

流程：纤维分散→抄纸成型→树脂浸渍→固化→碳化→石墨化

优势：产品均匀性好，致密性高，适合高性能需求

挑战：工艺控制复杂，对设备要求高

干法工艺

流程：长纤维气流成网→树脂粘合→固化→碳化→石墨化

优势：纤维含量高，强度和导电性好

挑战：易形成大孔结构，匀度较差

四、量产突围：从实验室到生产线

将实验室样品转化为稳定量产产品，需要突破三大瓶颈：

1. 连续化设备创新

开发一体化生产线，实现从原料到成品的连续加工。关键设备包括：

湿法成型一体机：精准控制纤维分散和成形

浸胶热辊压成型一体机：实现树脂定量浸渍和连续热压

连续碳化石墨化炉：精确控制温度分布和带材运行速度

2. 工艺参数精准控制

树脂浸渍：精确控制树脂含量，平衡强度与透气性

热压固化：采用分段升温和多段加压，优化树脂交联

高温处理：精确控制升温曲线和保温时间，提升性能稳定性

3. 质量一致性保障

建立全流程检测体系，对厚度、电阻、透气性等关键参数进行在线监控，确保每一卷产品性能一致。

五、上海联净的工艺解决方案

上海联净提供了从原料处理到成品的完整碳纸生产解决方案，其中两大技术亮点尤为突出：

连续型树脂热固化压光一体机

联净成功开发出连续型碳纸树脂热固化压光一体机，该设备具备精确的温度和压力控制系统。通过先进的温控系统和压力调节功能，能够确保在热压过程中，碳纸材料达到均匀且稳定的温度（±1℃）和压力条件（碳纸压后厚度偏差≤±1.5%）。这种精确控制对于保证碳纸的质量和性能一致性至关重要，能够有效提升碳纸的力学性能和结构完整性。

其次，该设备采用分段升温、分段压力的控制方式，逐步升温、升压、保压固化，实现多段加压。这种控制方式使得热压过程更加精细和可控，能够根据碳纸的具体工艺要求进行调整，确保每个生产环节都能达到最佳状态。

连续碳化石墨化设备

连续碳化石墨化设备建设是最大的挑战，这种设备能够连续地对碳纸进行热处理，以确保其性能和质量的稳定性，连续碳化设备的长度和温度设置是根据碳纸的拉力强度、张力要求以及下垂量等因素来确定的，通过精确控制加热过程，可以确保碳纸在碳化过程中达到理想的性能指标。在连续碳化石墨化中，气帘保护系统是确保碳纸质量的重要环节，它通过在炉体两端设置气体密封或气帘装置，有效隔绝外界空气，减少氧气对炉膛及碳纸的侵蚀，从而保持炉内工作环境在低氧状态，有利于碳纸的均匀碳化和石墨化。

工艺流程

短切工序