質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層是氫燃料電池和PEM電解槽的關(guān)鍵零部件，作為業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的三大難點(diǎn)材料，催化劑和質(zhì)子交換膜已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主。

而碳紙作為氣體擴(kuò)散層的基材，是制約我國氫燃料電池領(lǐng)域發(fā)展的核心基礎(chǔ)材料之一，受制于碳纖維、碳纖維原紙、石墨化和后處理等復(fù)雜工藝及裝備，國內(nèi)較難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)碳紙。因此，碳紙也被業(yè)內(nèi)稱之為氫能燃料電池核心材料國產(chǎn)化的“最后一個(gè)壁壘”。

資金涌入+產(chǎn)線擴(kuò)張，本土化碳紙走進(jìn)起跑線

碳紙通常位于燃料電池的電極和雙極板之間，起到收集電流、傳導(dǎo)氣體、排出反應(yīng)產(chǎn)物水、支撐和穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)等作用。碳紙需要具備良好化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性以及機(jī)械強(qiáng)度，由于技術(shù)難度較高，目前國內(nèi)市場大多數(shù)碳紙使用的是進(jìn)口產(chǎn)品，因此打破日本東麗、韓國JNTG、美國AvCarb、德國SGL等巨頭的壟斷，正成為國內(nèi)企業(yè)需要努力的首要目標(biāo)。

作為技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，氫能難以離開資本市場的支持。進(jìn)入2023年，國內(nèi)資本在投入氫能各個(gè)環(huán)節(jié)后，也開始重視起碳紙這一環(huán)節(jié)的作用，眾企業(yè)開始加大力度投入產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)線下線中。

融資動(dòng)態(tài)方面：1月，上海碳際完成了數(shù)千萬元A輪融資，此輪融資由武岳峰資本獨(dú)家投資。據(jù)悉，該輪融資資金主要用于制造工廠能力與質(zhì)量提升、新產(chǎn)品開發(fā)、團(tuán)隊(duì)建設(shè)和市場營銷等。

圖源：上海碳際

隨后，上海碳際于今年5月順利完成千萬級(jí)A+輪融資，此輪融資由上?？苿?chuàng)系的海望資本獨(dú)家投資。本次融資資金將用于加大產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)投入、加快原紙合資工廠建設(shè)、持續(xù)提升產(chǎn)品質(zhì)量和市場服務(wù)能力。

9月，國科領(lǐng)纖宣布完成千萬級(jí)天使輪融資，由麟閣創(chuàng)投與戈壁創(chuàng)投共同領(lǐng)投，小飯桌創(chuàng)投、常州偉馳基金跟投，該輪融資資金將用于碳纖維原紙和碳紙產(chǎn)線建設(shè)。

產(chǎn)線方面：3月16日，上海碳際GDL量產(chǎn)線正式投產(chǎn)，其研發(fā)的氣體擴(kuò)散層產(chǎn)品已基本達(dá)到了穩(wěn)定量產(chǎn)狀態(tài)；同月，美錦氫能總部基地正式開工建設(shè)，項(xiàng)目建成后將成為國內(nèi)首個(gè)國產(chǎn)碳紙產(chǎn)業(yè)基地，以加速擺脫卡脖子的束縛。

美錦氫能（大興）總部基地（圖源：中建科技）

值得一提的是，過去的碳紙生產(chǎn)技術(shù)基本由國外掌握，國外發(fā)達(dá)國家由于碳纖維工業(yè)發(fā)展比較早，成本較低，碳紙的生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟進(jìn)程較快。PEMFC多孔氣體擴(kuò)散電極的關(guān)鍵材料碳紙的研制水平較高，并能批量供貨的主要日本東麗、韓國JNTG、德國SGL、德國科德寶等少數(shù)幾家公司，也掌握著許多關(guān)于燃料電池的碳紙和多孔碳電極基材料的專利，其中以日本公司專利為多。

除了上述部分國內(nèi)企業(yè)，通用氫能、嘉資新材、仁豐特材、佛山綠動(dòng)、中國紙?jiān)?、金博股份的相關(guān)布局也正在穩(wěn)步推進(jìn)中，選手們凝心聚力共推本土化碳紙走進(jìn)量產(chǎn)起跑線，現(xiàn)下再度直面國外玩家也并非像早期那般“強(qiáng)大”。

有企業(yè)創(chuàng)始人表示：“國內(nèi)碳紙和氣體擴(kuò)散層產(chǎn)品基本由國外廠商壟斷，但由于全球燃料電池市場規(guī)模并不大，國外廠商的實(shí)際量產(chǎn)能力和量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)其實(shí)比較有限，他們很多也是在中國市場開展示范驗(yàn)證的。正是基于此判斷，國內(nèi)才更要勇敢地踏上自主創(chuàng)業(yè)的道路，業(yè)內(nèi)都很期待我們用自主技術(shù)助力中國科技擺脫對(duì)國外廠商的依賴?！?/p>

標(biāo)準(zhǔn)化是量產(chǎn)制造前的重中之重，四大因素成為工作困擾

眾所周知，在PEM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的過程中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從無到有，而現(xiàn)在是一個(gè)從有到優(yōu)的過程，這個(gè)過程中標(biāo)準(zhǔn)化的工作要求相當(dāng)迫切。無論是在燃料電池還是電解水制氫，PEM都要從降本和增效兩個(gè)方面去入手，落實(shí)到碳紙領(lǐng)域主要就是六個(gè)問題：原材料的全國產(chǎn)化、生產(chǎn)設(shè)備的自研國產(chǎn)化、設(shè)備工藝能耗控制、水氣管理能力、抗老化能力以及產(chǎn)品均一性。

這六個(gè)問題的探索過程中，批量化制造離不開技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和管理標(biāo)準(zhǔn)化。據(jù)業(yè)內(nèi)人士向勢銀能鏈反饋到，目前現(xiàn)有的針對(duì)碳紙相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法主要是集中在國標(biāo)GB/T 20042.7-2014這一塊，以及部分的國際標(biāo)準(zhǔn)的整合，其實(shí)量是非常少的，而且有一個(gè)很重要的問題，這些標(biāo)準(zhǔn)的測試方法是從燃料電池中分離出來的，在實(shí)際的生產(chǎn)以及運(yùn)用測試的過程中，適用性不太強(qiáng)。總體來看，現(xiàn)下碳紙標(biāo)準(zhǔn)化工作面臨的困擾大致有四個(gè)因素——

名稱概念：有業(yè)內(nèi)資深工作人員提及工作初期，大約有一年的時(shí)間在給大家科普原紙、碳紙、氣體擴(kuò)散層、MPL，過程中會(huì)有很多的誤解以及溝通上的障礙，在國產(chǎn)化產(chǎn)品批量化生產(chǎn)及應(yīng)用的發(fā)展中這些概念的定性是非常重要的；

測試方法：現(xiàn)有國標(biāo)的測試方法在實(shí)際的工作中對(duì)材料行業(yè)的適用性并不是很強(qiáng)，需要有更好的、更完善的測試方法；

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：針對(duì)材料耐久性、親疏水性和透氣性，缺少合適且統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。例如如何評(píng)價(jià)碳紙的耐久性，目前尚缺乏一套非常完整或是能獲得業(yè)內(nèi)公認(rèn)的方案；到底接觸角的變化程度是否可以完全準(zhǔn)確的表達(dá)出碳紙的親疏水性；國外關(guān)于透氣性的測試方法以及相關(guān)的單位和國內(nèi)都不太相同，無論在燃料電池汽車的相關(guān)系統(tǒng)錄入過程中，還是企業(yè)在做相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或者實(shí)際跟客戶溝通的過程中都會(huì)存在相關(guān)問題；

質(zhì)量體系：需探索以精益制造為目標(biāo)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，這樣生產(chǎn)出來的批量化的材料產(chǎn)品，其均一性、穩(wěn)定性、性能才能夠得到非常好的保證。

正是這些標(biāo)準(zhǔn)的不完善，使得碳紙?jiān)趪鴥?nèi)批量化發(fā)展進(jìn)程較慢，但本土化的推進(jìn)仍是企業(yè)們必須要走的一條難而正確之路。國家上層也已及時(shí)感知產(chǎn)業(yè)難點(diǎn)，積極推進(jìn)整個(gè)氫能標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，并于今年8月，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部等6部門聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2023版）》。這也是國家層面首個(gè)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南。其中，在質(zhì)子交換膜燃料電池第7部分專門提出了炭紙?zhí)匦詼y試方法。

此外，在今年7月，燃料電池汽車碳紙先進(jìn)產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系研討會(huì)順利召開。會(huì)中，中科院大連化學(xué)物理研究所侯明教授、碳紙測評(píng)工作組組長焦道寬博士、航天206所合肥研發(fā)中心碳基材料團(tuán)隊(duì)等一眾業(yè)內(nèi)專家對(duì)碳紙進(jìn)行探討，給出針對(duì)燃料電池碳紙測試新國標(biāo)的意見。

有業(yè)內(nèi)人士說道，當(dāng)前整個(gè)產(chǎn)業(yè)還是要“標(biāo)準(zhǔn)先行”，標(biāo)準(zhǔn)需伴著發(fā)展趨勢同步而行，才能使氫能產(chǎn)業(yè)更加健康，質(zhì)量更高、更安全。隨著國家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南的發(fā)布，相信碳紙標(biāo)準(zhǔn)化的落地就在眼前，這一困擾的順利解決必將在未來推動(dòng)該領(lǐng)域批量制造的倍道而進(jìn)，國產(chǎn)碳紙陸續(xù)加重份額的局面也會(huì)隨之而來。