隨著國內燃料電池汽車市場的崛起，作為電堆膜電極關鍵材料的氣體擴散層（GDL）正在加速開啟國產化，以通用氫能為代表的國內氣體擴散層企業正在加快推出批次化產品。
“目前公司的氣體擴散層已經在巴拉德、捷氫科技、濰柴動力等頭部燃料電池企業測試驗證，部分企業已經驗證了6個月以上。”深圳市通用氫能科技有限公司（下稱“通用氫能”）總經理堯克光博士告訴高工氫電，預計今年下半年就可以透過驗證期，開啟批次供貨。
對於燃料電池核心部件和關鍵材料的國產化來說，目前已經進展到了膜電極最為核心的部分：對比質子交換膜、催化劑和氣體擴散層，其中國產質子交換膜和催化劑已經在過去的一年裡實現了小批次的裝堆應用，國產氣體擴散層也有望在今年真正實現批次商用，從而突破燃料電池國產化的最後一層屏障。
氣體擴散層的製備難題
氣體擴散層在燃料電池中起到支撐催化層、收集電流、傳導氣體和排出反應產物水的重要作用。
由於氣體擴散層以上的特徵，也就要求其具備良好的傳質、傳熱、和導電的效能，再加上需要它具備一定的機械強度來支撐膜電極，良好的機械強度自然必不可少。因此，要做好氣體擴散層並非易事。
“要做好氣體擴散層首先需要有一個好的氣體擴散層材料。”堯克光表示，氣體擴散層的材料選擇有較高的要求。
GDL從材料來源來看，大體分為四種，碳纖維紙、碳纖維編織布、無紡布以及碳黑紙。由於原材料和製備工藝的不同，得到的擴散層材料的效能也存在差異。
在長期的實驗和應用過程中發現，由於碳纖維紙質量輕、表面平整、耐腐蝕、孔隙率均勻且強度高，厚度可根據使用要求調整，更適合耐久性燃料電池使用。碳紙也因其製造工藝成熟、效能穩定，成為氣體擴散層材料的主流選擇。
“碳紙的基材來源於碳纖維，把碳纖維做成碳紙才是核心的難點所在。”上海億氫科技有限公司技術中心副總王天喜告訴高工氫電，日本東麗正是憑藉深厚的技術積累，自產碳纖維、碳紙從而成為氣體擴散層領域的龍頭企業。
除了碳纖維基材，掌握材料的結構和水熱管理也相當關鍵，現階段國產氣體擴散層跟國外的先進水平相比存在一定的差距。
“從氣體擴散層的技術指標來看，國外先進水平電流密度達到2。5-3。0A/cm ，國內在過去的一年裡進步很快，已經能達到進口產品的中等水平。”國內一家膜電極企業技術負責人認為，國產氣體擴散層技術上已經能達標，還需要打通驗證的關卡，這個驗證週期需要接近一年的時間。
國產氣體擴散層商用提速
氣體擴散層的成本在燃料電池中佔比較高，要降低燃料電池的成本，實現這部分國產化突圍是必然的選項。
美國能源部（DOE）資料顯示，GDL規模化生產將會帶來大幅的成本降低。每生產10萬套質子交換膜燃料電池系統，其中GDL佔比9%，每生產50萬套質子交換膜燃料電池系統，GDL佔比6%。
現階段，燃料電池生產商大多采用日本東麗、美國Avcarb、德國SGL等廠商的氣體擴散層產品，其中日本東麗、Avcarb佔據較大的市場份額。東麗和SGL的產品價值鏈始於自己生產的碳纖維碳紙，一直到微孔層MPL塗布，具備深厚的基礎碳材料開發和規模化生產能力。
高工氫電瞭解到，國內只有通用氫能、江蘇天鳥、上海嘉資等少數企業涉足研發氣體擴散層，並且大多處在小批樣試產的狀態。其中通用氫能近兩年來發展很快，其產品已經得以在國內多家燃料電池企業測試驗證，並且準備了批次的生產線，為接下來的批次化供應做好了準備。
“目前公司已經接到不少意向訂單，深圳的生產線已經建成了年產10萬㎡氣體擴散層的產能，公司目前正在購置裝置，計劃下半年在天津的生產基地建成100萬㎡的生產線。”堯克光表示，從接觸下游客戶的情況來看，大家對國產GDL認可度還算不錯，部分客戶在今年完成驗證週期後就可以逐漸批次供貨了。
“從公司測試的情況來看，國產的氣體擴散層在技術指標上已經逐漸接近進口的品牌。”王天喜認為，燃料電池汽車示範應用城市群的政策更鼓勵應用國產材料，億氫科技在質子交換膜和催化劑方面已經啟用了國產材料，正在嘗試匯入國產的氣體擴散層產品。
按照示範期的補貼政策，投入運營的氫燃料電池汽車中匯入國產氣體擴散層可以獲得0。3分的獎勵，這也為國產氣體擴散層追趕進口品牌留下了4年的時間視窗。
“國產的氣體擴散層要取得商用突破，最關鍵的還是要解決供應鏈管理和質量控制這兩大核心問題。”鴻基創能CEO鄒渝泉博士認為，做成微孔層MPL塗布不是很難，GDL只有從碳纖維層面打通碳紙的國產化，才具備自主化優勢，鴻基創能計劃今年下半年在一款膜電極產品中匯入國產氣體擴散層。
儘管氣體擴散層的國產化突圍是一個艱難的過程，但通用氫能等企業正走在加速追趕的路上，燃料電池核心部件和材料距離攻克國產化的最後一個壁壘已經不遠了。
