燃料電池氣體擴散層（GDL）是燃料電池膜電極的重要組成部分，位于流場和催化劑層之間，是支撐催化劑層和收集電流的重要結構，同時為電極反應提供氣體、質子、電子和水等多個通道。氣體擴散層材料的性能直接影響著電化學反應的進行和電池的工作效率。選用高性能的氣體擴散層材料，有利于改善膜電極的綜合性能。

燃料電池氣體擴散層需要具備以下要求：均勻的多孔質結構，透氣性好；電阻率低，電子傳導能力強；結構緊密且表面平整，減小接觸電阻，提高導電性能；具有一定的機械強度，適當的剛性與柔性，利于電極的制作，提供長期操作條件下電極結構的穩定性；適當的親水/憎水平衡，防止過多的水分阻塞孔隙而導致氣體透過性能下降；具有良好的化學穩定性和熱穩定性。

氣體擴散層(GDL)是一類疏水多孔介質材料，通常由多孔、非編織性和大孔結構的碳基材組成，基材經PTFE疏水處理后，并涂覆有單層或多層微孔層(MPL)。一般，質子交換膜燃料電池用氣體擴散層材料應具有反應氣擴散、產物水擴散傳輸、導電、導熱和機械支撐等關鍵特性。

反應氣擴散

氣體擴散層的首要任務是傳送反應氣氫氣和氧氣，確保足夠的反應物質快速和均勻擴散至催化層。因此，氣體擴散層的孔徑在一定范圍內應足夠大，且孔隙需具備足夠的疏水特性以避免燃料電池的產物水阻塞孔道。

產物水擴散與傳輸

一方面，氣體擴散層需有效將液態水自催化層移至流場板(或極板)，以避免液態水阻塞反應物擴散通道引起傳質極化增加。另一方面，排水特性需進行最佳設計。排水能力過強，將導致質子膜過度干燥產生“脫水”現象，質子傳導率下降。

導電

氣體擴散層材料導電能力高有助于降低電子傳導過程中的歐姆損失。但調整氣體擴散層的其他物理特性會影響到材料的導電特性，如：增加氣體擴散層的孔隙率及PTFE含量時，通常導電率將下降。一般，碳基材料的導電特性可依據碳材料的熱處理溫度進行改善。

導熱

典型PEMFC單體溫度分布

膜電極反應產生的熱量需自氣體擴散層傳導至極板，同時需保持膜電極溫度分布均勻。熱量的局部累積將對電池的電極反應、質子膜歐姆損失、水揮發與冷凝產生直接影響。

機械支撐

在膜電極組件中，氣體擴散層扮演著支撐CCM角色，即保護催化層和質子膜作用。此外，氣體擴散層的存在避免了流場板高強度面壓對CCM的損傷、電池裝配過程中CCM浸入流場板引起的干擾傳質和強度破壞等問題。

氣體擴散層材料技術

氣體擴散層（GDL）通常由基底層和微孔層組成。基底層經過疏水處理后，在其上涂覆單層或多層微孔層，從而制成氣體擴散層。其中，基底層通常由碳纖維各向異性堆疊組成，直接與雙極板接觸；微孔層由納米碳分和疏水材料混合而成，直接與催化層接觸。

氣體擴散層制作工藝中不同碳纖維產品

目前基底層主要是由多孔的碳纖維紙或碳纖維布構成。碳纖維紙和碳纖維布的多孔結構為反應物氣體以及產物水提供了傳導的通道。碳纖維紙是以碳纖維主要材料，輔以黏合劑經抄紙工藝而制得的紙狀材料。微孔層是由將導電炭黑和疏水劑用溶劑混合均勻后得到的黏稠漿料，采用絲網印刷、噴涂或涂布方式將其涂覆到基底層表面，經過高溫固化，得到微孔層。而完成微孔層的涂覆后的基底層進一步優化了微觀上的傳質、傳熱、導水和導電性能。因此，基底層和微孔層共同決定了氣體擴散層的產品特性。

氣體擴散層（GDL）在電池中起到支撐催化劑層并提供反應氣體和生成水的通道，同時還要具備比較良好的導電性能及在電化學反應下的抗腐蝕能力。因此GDL材料的性能直接影響著電化學反應的進行和電池的工作效率。選用高性能的GDL材料，有利于改善膜電極的綜合性能。

氣體擴散層發展

未來，氣體擴散層有兩個發展方向：

1）設計具有梯度孔徑的GDL，以提高膜電極本身的傳質能力。例 如，降低 GDL 一側或兩側的孔隙率可以降低接觸電阻并在 GDL 內部產生孔隙梯度，以促 進反應物供應和水分去除。

2）采用“集成雙極板-膜電極”或“無氣體擴散層”設計，減少或消除界面電阻，以同時滿足導電、氣體分配和水管理的要求。

國內外氣體擴散層生產商

德國西格里SGL

德國西格里碳素集團是目前世界上最大的碳石墨產品制造商，德國西格里（SGL）是德國SIGRI股份有限公司和美國大湖碳素公司于1992年合并而成，擁有從碳、石墨產品到碳纖維及碳碳復合材料在內的完整生產線，其產品在鋼鐵、煉鋁、汽車制造、化工、電子半導體、光伏和LED產業、鋰離子電池等行業具有廣泛應用。

德國西格里（SGL）于1998年進入中國，集團旗下中國業務主要分布在上海，由上海西格里東海碳素有限公司、西格里特種石墨（上海）有限公司、西格里石墨技術（上海）有限公司及其生產基地組成。

日本東麗

東麗集團是世界著名的以有機合成、高分子化學、生物化學為核心技術的高科技跨國企業。東麗公司是世界上最早從事反滲透膜技術開發的企業之一，早在二十世紀60年代就開始了膜技術的研究，從原材料的選用、制膜技術的開發以及膜元件構造的設計等，為這一技術在超純水、海水淡化等水處理領域的應用發展做出了卓越的貢獻。現在東麗已經成為世界上少數的能同時提供醋酸纖維膜和聚酰胺復合膜的廠家；同時東麗公司也是世界上唯一一家具有RO、NF、UF、MF、纖維濾布系列膜技術研發與向市場提供全系列商業化膜產品的膜廠家。

東麗的碳紙技術研發從1982年開始，并在2005年開發出碳紙卷。隨后于2008年，東麗利用碳紙開發技術開始開發氣體擴散層（即具有MPL涂層的碳紙）。

三菱化學

三菱化學全稱為三菱化學集團株式會社，該集團主要業務領域包括功能商品領域、材料領域和健康保健領域，主要研發產品有超低介電損耗薄膜、綠色KTF和BioPTMG等。

三菱化學公司是一家綜合公司，由三菱化成公司和三菱油化有限公司于1994年10月1日合并而成。三菱化學的銷售額在日本化學行業中居于首位。三菱化學集團是由三菱化學株式會社，三菱化學控股株式會社，三菱制藥株式會社以及3個公司的下屬企業組成。

三菱化學公司的氣體擴散層呈卷狀，適合批量生產。形態為碳紙，表面平滑性優異。其多孔質結構，增強了水分管理功能。卷對卷的后期加工性能優異。

美國AvCarb

AvCarb Material Solution(簡稱AvCarb)，AvCarb成立于1950年，公司總部位于美國馬薩諸塞州的洛厄爾市(Lowell)，負責包括碳材料制造、熱處理以及產品涂層在內的環節，并擁有國際標準組織ISO9001認證、TS16949認證。GDL是AvCarb在新能源領域的主要產品。自2000年起，AvCarb開始GDL材料的研究并參與相關DOE計劃，進行高性能GDL開發，并對全球燃料電池制造商供應GDL。

科學材料站中美國AvCarb部分產品

科德寶集團

科德寶集團是全球領先的非織造布供應商。基于其高科技產品組合，科德寶為所有聚合物電解質膜燃料電池 (PEMFC) 和直接甲醇燃料電池 (DMFC) 應用提供 GDL 材料。

科德寶H14 H15 H23 親水碳紙

江蘇天鳥

江蘇天鳥高新技術股份有限公司（以下簡稱“江蘇天鳥”）江蘇省宜興市，成立于1997年，是江蘇省高新技術企業。主要從事碳纖維、芳綸纖維、石英纖維等特種高科技纖維的應用研究及開發，是專業生產高性能碳纖維織物、芳綸纖維織物、飛機碳剎車預制件、高性能碳/碳復合材料新型預制件的高新技術企業。 江蘇天鳥承擔著國內所有生產飛機碳剎車盤單位的碳纖維預制件供應。天鳥公司歷經多年努力，研制成功的準三維立體碳纖維預制體制備技術，是碳纖維應用領域的一項重大技術創新，處于國際領先水平。核心技術已獲國家發明專利，擁有全部知識產權。

通用氫能

深圳市通用氫能科技有限公司（以下簡稱“通用氫能”）成立于2018年，)是華電重工股份有限公司控股的國家高新技術企業，公司致力于氫能關鍵材料氣體擴散層、質子交換膜及催化劑的研發與批量化制造，解決PEM電解水制氫和氫燃料電池領域的“卡脖子“問題，通過關鍵材料的隆本增效助力我國氫能產業的快速發展。

通用氫能已經建成國內第一條卷對卷連續化生產GDL產線，年產能10萬平米，產品與國內外數十家企業達成合作意向，也為多家頭部企業提供產品。

此外，通用氫能也建成了世界首條連續化生產DMD與質子交換膜生產線，及催化劑和膜電極生產線，主打燃料電池氣體擴散層、質子交換膜、催化劑和膜電極產品等，并進行相關產品的多元化，滿足各類燃料電池車、無人機、軌道交通、電站等要求。

上海濟平新能源

上海濟平新能源科技有限公司（以下簡稱“濟平新能源”）成立于2018年8月，是國內第一家實現催化劑公斤級量產的科技型企業。氣體擴散層方面，上海濟平氣體擴散層技術是基于具特點的漿液配制法及形成均勻微孔層的步驟。性能優異的GDL除能讓氣體均勻擴散進催化劑層進行3相反應外，還須構造有利于排水；漿液中粒子分散良好，且在GDL形成時不會團聚；漿液流動性質佳且穩定，適合涂抹；孔隙分布控制良好，使MEA能在很廣的濕度范圍能保持好的性能。

2019年8月，濟平新能源舉辦投產儀式，成為國內第一家量產催化劑和氣體擴散層的企業。

臺灣碳能科技

臺灣碳能科技股份有限公司（以下簡稱“臺灣碳能”）成立于2006年9月，主要研發與生產銷售氣體擴散層、碳纖維紙與碳纖維布，以及VRB電極材料?，并于2012年10月正式推出高導熱人工石墨片，作為高階智慧型手機用的導熱、散熱元件，已正式供貨給多家國際級智慧型手機大廠。

臺灣碳能第二代全新的碳纖維基材已經研發完成，新一代的碳紙碳布針對燃料電池的運作特性進行客制化設計，可適用于干式或加濕設計，使燃料電池性能得以優化。

上海碳際實業

上海碳際實業集團有限公司（以下簡稱“上海碳際”）是一家定位做氫能與燃料電池上游關鍵材料——氣體擴散層和高性能碳材料的硬科技企業。公司目前聚焦于燃料電池和制氫電池用的炭紙和氣體擴散層技術和產品，旨在打破國外廠商壟斷，助力中國氫能與燃料電池產業擺脫“卡脖子”之風險。

今年，上海碳際完成千萬級A+輪融資，本次融資資金將用于加大產品技術研發投入、加快原紙合資工廠建設、持續提升產品質量和市場服務能力。