你敢信吗？一张看似普通的“纸”，价格却堪比黄金，还能决定新能源汽车和航天飞行器的性能！这可不是普通的书写纸，而是燃料电池里的核心材料——燃料电池用碳纸。今天咱们就来揭开它的神秘面纱...

你敢信吗？一张看似普通的 “纸”，价格却堪比黄金，还能决定新能源汽车和航天飞行器的性能！这可不是普通的书写纸，而是燃料电池里的核心材料 —— 燃料电池用碳纸。今天咱们就来揭开它的神秘面纱，看看这张 “黑科技纸” 到底藏着什么秘密。

一、燃料电池用碳纸：新能源心脏的 “守护者”

燃料电池用碳纸，专业术语叫气体扩散层（Gas Diffusion Layer, GDL），是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键角色。它由含碳量超 90% 的碳纤维，通过湿法工艺精心打造而成。别小瞧这张 “纸”，它可是身负多项绝技：

超强导电性：

碳纤维就像一群紧密协作的 “导电小兵”，无序排列形成高效导电网络，电阻率低到超乎想象，比普通碳纸导电能力强太多。

精准孔隙率：

它的孔隙率保持在 50%-80%，而且分布均匀，就像精密设计的 “高速公路网”，让氢气和氧气畅通无阻，同时还能巧妙地管理液态水，实现双向传输。

防水小能手：

表面涂覆的聚四氟乙烯（PTFE）层，就像给碳纸穿上了一件 “防水外套”，有效防止水淹电极，保障燃料电池稳定运行。

硬核机械强度：

在电池组装时，它能轻松承受压合压力，抗拉强度高达 20MPa 以上，比普通纸张坚韧无数倍。

说到这，就不得不提日本东丽碳纸（TGP-H 系列），它可是燃料电池碳纸界的 “明星产品”。厚度约 190μm，PTFE 含量在 5%-20%，丰田 Mirai 燃料电池汽车就用它来作为气体扩散层，足见其性能卓越。

二、普通碳纸 VS 燃料电池用碳纸：云泥之别

普通碳纸，也就是工业或实验室常用的碳纤维纸，和燃料电池用碳纸相比，简直是 “青铜” 与 “王者” 的差距。

从功能需求上看，普通碳纸只要满足基础导电性或隔热性就行，不用考虑复杂的气体扩散和水管理问题；在工艺方面，普通碳纸没有 PTFE 涂层和微孔层优化，碳纤维排列松散，孔隙率分布杂乱无章；价格更是天差地别，普通碳纸每平方米只要 100 元左右，而燃料电池碳纸价格超 1000 元 /㎡，相差近 10 倍！

比如实验室常用的 AvCarb GDS 系列碳布，虽然也是碳纤维材料，但以编织结构为主，表面粗糙，更适合用于科研场景的催化剂负载测试，和燃料电池用碳纸完全不在一个 “赛道”。

三、“魔法” 是如何炼成的？碳纸制备大揭秘

1. 湿法成型制备碳纤维纸

目前应用最广泛的制备工艺是湿法成型工艺，该工艺是以水为介质，将不同长度的短切碳纤维(3~20 mm)均匀分散在水中，利用抄纸机在滤网上快速真空过滤制备得到碳纤维原纸，经后续树脂浸渍、热压固化和碳化石墨化等过程制备而成。相较于干法成型，湿法成型制备得到的碳纤维纸具有良好的致密性和均匀性，非常适合加工成PEMFC专用碳纤维纸，

2. 干法成型制备碳纤维纸

干法成型是近年来发展较快的一种造纸工艺技术，首先将短切碳纤维经开松分散为均匀的单根纤维，再以空气为介质，利用气流快速成网制备得到原纸，经后续黏结剂黏结、热压固化、碳化石墨化制备得到碳纤维纸。干法成型过程中的短切碳纤维长度一般为40~50 mm ，制得的碳纤维纸中碳纤维含量高、产品强度高、导电性高，但是，由于碳纤维长度较长，使得碳纤维不易分散，易缠绕打结，碳纤维之间的相互搭接也会增强“架桥”效应，形成大孔结构，造成碳纤维纸匀度相对较差，结构疏松。

四、应用领域：从地面到太空的 “全能选手”

在燃料电池汽车领域，碳纸的性能直接影响车辆的动力和续航。隋殿鹏的研究团队就做过实验，使用不同型号的 Toray 碳纸制备膜电极，发现厚碳纸 TGP-H-028 对自增湿发电性能更有利，最大功率密度比薄碳纸 TGP-H-030 高 0.05 W/cm² 左右；对 Toray TGP-H-060 碳纸进行聚四氟乙烯乳液疏水处理时，当聚四氟乙烯质量分数在 20% - 40% 时，MEA 的自增湿电性能随着升高而增大，最大功率密度能达到 0.25 W/cm² 左右，但质量分数升到 60% 时，电性能反而下降。

2. 航天与军工：太空探索的 “幕后英雄”

在航天与军工领域，杨铠的研究团队深入研究双极板与气体扩散层接触电阻的形成机理，通过建立数学模型和仿真工具，分析温度、载荷以及粗糙度等因素的影响，并进行金属双极板和碳纸气体扩散层的界面接触电阻测试。研究成果对于提升航天设备和军工装备中燃料电池的性能至关重要。

五、行业痛点与国产化机遇

热压机（压光机）作为造纸工业关键的整饰设备，其核心工作原理是通过软辊与硬辊、硬辊与硬辊的组合形成的多级压区，在机械压力与热力协同作用下，实现纸张表面性能的优化。经过处理的纸张能够显著提升平滑度、光泽度、紧密度及透明度，同时有效改善表面结构，减少掉粉掉毛现象，进而提升纸张的外观品质与物理性能指标。

这个看似简单的工序，实则需要将温度控制精度保持在±0.5℃、压力波动不超过0.1MPa，同时实现连续化生产。而热压机（压光机）长期依赖进口，面临价格高昂、交期漫长、维护不便等难题。日本某设备制造商曾直言："没有三十年的工艺积累，中国不可能造出合格的热压机（压光机）。"

中国上海联净电子公司深耕非标设备制造领域，凭借自主创新突破技术瓶颈，推出国产化热压设备整体解决方案，以性能比肩进口、成本优势显著、服务响应高效的特点，助力企业降本增效，推动产业链自主可控。

▲热压设备（来源：联净复合材料）

核心优势：技术硬实力

该公司的热压机（压光机）是实现高性能特种纸（芳纶纸、碳纸、RO膜等）生产的核心装备之一。该设备通过集成超高线压力压光技术、精准温控系统及工艺优化设计，显著提升产品的均一性和稳定性。

采用二级热压与精准温控系统

该公司热压设备采用二级热压方式，在热压过程中对纸张进行多阶段处理。分为预压段与热压段，温度波动范围严格控制在±1℃以内。精准的温度管理确保了特种纸张在热压条件下的塑化黏合机制，使抗拉强度、厚度均匀性及断裂伸长率等性能指标显著提升。

▲热压设备（来源：联净复合材料）

热压辊采用该公司的专利技术的电磁感应加热辊，锻造合金钢；机械精度：±0.001mm（@RT），±0.005mm（@PT）；最高温度450℃，辊面温差±1℃；辊体硬度≥HRC58，硬化深度度≥8mm。

▲热压辊图（来源：联净电子）

高温热磨工艺及中高设计：

高温热磨技术：该公司攻克了加热辊450℃的热磨工艺，使加热辊在高温工艺条件下，辊筒机械精度得到保证。

辊体中高设计：采用精确计算在特定温度和压力下辊筒的变形量，根据变形量设计加热辊对应的中高，结合高温热磨工艺将辊筒设计为“纺锤形”。辊筒的中高可弥补在受压之后的变形，保证辊压后的纸张厚度高度均匀性。

▲辊中高图（来源：联净自动化）

热压机（压光机）的组成：

热压机包括放卷系统、双辊预热系统、双组辊压系统、双辊冷却和收卷系统，各系统组成部分：放卷张力系统，辊压速度系统，收卷张力系统，放卷纠偏系统，间隙调整系统，收卷纠偏系统，放卷气胀轴，辊压压力系统，收卷气胀轴，切刀平台，收卷辅助穿带系统，放卷辅助穿带系统。

▲热压设备（来源：联净复合材料）

▲热压设备（来源：联净复合材料）

▲热压设备（来源：联净复合材料）

六、结语

一片薄薄的碳纸，不仅是新能源赛道的 “心脏瓣膜”，更是大国科技博弈的关键战场。当日本企业断言 “三十年造不出热压机” 时，中国企业用自主创新打破垄断 —— 上海联净电子以 ±1℃温控精度、450℃高温热磨工艺，让国产碳纸制备设备性能比肩国际，成本直降 30% 以上。

如今，从燃料电池汽车的续航突破，到航天器的能源革新，这张 “黑金纸” 正见证着中国从材料进口到技术输出的蜕变。随着国产设备量产化加速，未来碳纸或许不再是 “奢侈品”，而是驱动全球能源转型的 “中国引擎”。