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日本帝人用超细碳纤维/芳纶纤维开发出最薄气体扩散层

文章来源：新材料在线更新时间：2023-03-20 15:16:11

3月13日，帝人公司(TEIJIN)官网宣布，通过将公司开发的超细碳纤维（商标PotenCia®）与对位芳纶纤维（商标Twaron®）相结合，并使用专有的造纸技术，开发了一种厚度仅为50微米的气体扩散层（Gas Diffusion Layer，GDL），为目前业内最薄的一款气体扩散层。

帝人公司预计，其新的GDL将有助于实现更小、功能更强、成本更低的燃料电池单元，对这种燃料电池的需求也正在扩大。

帝人新GDL的横截面

背景介绍

GDL是一种用于燃料电池内部的部件，它主要用于将氢气和空气作为燃料提供给电极(催化剂)，收集电极上化学反应产生的电子，保留电解质膜中的水分并排出产生的水分。作为一种具备多种作用的多功能材料，GDL除了透气性和导电性之外，还需要满足耐酸性和机械强度等多种要求，一般使用碳纸和碳布。

在传统的GDL中，使用了具有导电性和耐久性的碳纤维片材，而为了防止因碳纤维片材的使用而产生的对燃料电池内部的催化剂层的损伤和气体扩散的不平衡，以及伴随电极的化学反应而产生的水贮存等问题，一般会在GDL上添加使用防水剂等微多孔结构的微多孔层（MPL）。

防水MPL可防止水的积聚，但是增加了GDL的厚度，从而降低了燃料电池的功率性能，同时增加了制造成本。

新款GDL主要特征

帝人利用其在纤维加工技术方面积累的丰富经验，开发了PotenCia®碳纤维，这是一种超细碳纤维，具有纤维长度长和高结晶度等特点。为了利用碳纤维的导热性和其他特殊性能，帝人公司的新GDL的50μm横截面专注于实现燃料电池超薄GDL的可能性。

在新款GDL的开发中，其微孔结构结合了帝人公司的PotenCia®超细碳纤维和Twaron®对位芳纶纤维，在制造过程中将两者结合在一起，通过采用专有的造纸技术加速了制造过程。

PotenCia®碳纤维使新型GDL能够在不损坏燃料电池内部催化剂层的情况下实现优异的导电性，而Twaron®芳纶纤维则有助于提高耐久性和防水性。因此，不需要传统的微孔层，这使得新的GDL可以减薄至50微米，不到传统GDL厚度的一半。新的GDL预计还将通过缩短制造过程以及减少所需的原材料用量来降低生产成本。

帝人目前正在验证GDL的气体扩散性和导热性，这两项都是高性能GDL所不可或缺的，同时也有助于减少环境影响。与此同时，帝人计划与其他公司合作，开发可使用GDL的新材料，如电极膜，这些公司与公司愿景相同，即实现更小、功能更强的燃料电池。

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