氣體擴(kuò)散層，英文Gas Diffusion Layer (GDL)，是燃料電池的主要部分。它通常由碳纖維編織紙或碳纖維無紡紙制成。一般認(rèn)為氣體擴(kuò)散層可以分成基底層(支撐層)和微孔層兩部分。理想的氣體擴(kuò)散層電極結(jié)構(gòu)，一方面要有良好的氣體通透性，以滿足電極極大功率工作時氣體反應(yīng)物供應(yīng)；另一方面要有良好的多孔體系，并且能夠形成足夠多的三相界面，提高氣體擴(kuò)散電極將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能力。

氣體擴(kuò)散層行業(yè)目前現(xiàn)狀分析

氣體擴(kuò)散層（GDL）是支撐催化劑層和收集電流的重要結(jié)構(gòu)，同時為電極反應(yīng)提供氣體、質(zhì)子、電子和水等多個通道，其成本通常占到燃料電池電堆總成本的5%左右。

氣體擴(kuò)散層由支撐層和微孔層組成，支撐層材料大多是憎水處理過的多孔碳紙或碳布，微孔層通常是由導(dǎo)電炭黑和憎水劑構(gòu)成，作用是降低催化層和支撐層之間的接觸電阻，使反應(yīng)氣體和產(chǎn)物水在流場和催化層之間實現(xiàn)均勻再分配，有利于增強(qiáng)導(dǎo)電性，提高電極性能。氣體擴(kuò)散層必須具備良好的機(jī)械強(qiáng)度、合適的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性，其性能將直接影響燃料電池的電池性能。

目前，擴(kuò)散層材料主要有碳纖維紙、碳纖維編織布、無紡布和碳黑紙等，也有利用泡沫金屬、金屬網(wǎng)等來制備。其中，碳纖維紙由于制造工藝成熟、性能穩(wěn)定、成本相對較低和適于再加工等優(yōu)點，成為擴(kuò)散層的首選。工藝方面，氣體擴(kuò)散層所用炭紙初坯的制備方法可分為兩種：濕法和干法。濕法造紙技術(shù)制備的擴(kuò)散層用炭紙具有良好且均勻的大量孔隙，能夠通過調(diào)節(jié)酚醛樹脂的量來控制孔隙率的大小，有利于加工成滿足實際需求的炭紙。

擴(kuò)散層核心工藝主要是碳紙選材及技術(shù)。從碳紙材料來看全球范圍內(nèi)散層材料碳紙、碳布的供需已形成一個寡占市場情況，目前全球的碳紙、碳布材料成規(guī)模供應(yīng)商有Toray，SGL，F(xiàn)reudenberg，AvCarb，Teijin，Mitsubishi Chemical Corporation等。

日本TORAY目前占據(jù)較大的市場份額，且擁有的炭紙相關(guān)的專利較多，生產(chǎn)的炭紙具有高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、高氣體通過率、表面平滑等優(yōu)點；但Toray炭紙由于其脆性大而不能連續(xù)生產(chǎn)的特點導(dǎo)致其難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，極大地限制了供應(yīng)量的增長。

2019年12月4號，SGL和現(xiàn)代汽車集團(tuán)已就早日延長現(xiàn)有燃料電池組件供應(yīng)協(xié)議達(dá)成協(xié)議。長期協(xié)議現(xiàn)在可以大幅增加NEXO燃料電池汽車的氣體擴(kuò)散層的當(dāng)前生產(chǎn)和交付量，以支持現(xiàn)代在燃料電池驅(qū)動領(lǐng)域的目標(biāo)。

2013年，Ballards Lowell的制造業(yè)務(wù)被出售給了目前由私募股權(quán)投資支持的管理團(tuán)隊。該業(yè)務(wù)更名為AvCarb Material Solutions。現(xiàn)在，AvCarb已牢固地確立為生產(chǎn)燃料電池系統(tǒng)GDL的領(lǐng)導(dǎo)者。

從技術(shù)來看，目前擴(kuò)散層碳紙技術(shù)處于國外壟斷狀態(tài)，國內(nèi)還在加速研究。企業(yè)方面，上海河森電氣公司已有小批量碳紙產(chǎn)品；臺灣碳能科技公司也有部分碳紙產(chǎn)品且價格較低，獲得了一定市場認(rèn)可。

氣體擴(kuò)散層發(fā)展趨勢

氣體擴(kuò)散層的成本主要由加工費(fèi)用主導(dǎo)，若規(guī)模化生產(chǎn)將會帶來大幅的成本削減，因此擴(kuò)散層大規(guī)模生產(chǎn)工藝會是未來重點發(fā)展方向。

全球市場氣體擴(kuò)散層銷售額（2016-2027）

2020年，全球氣體擴(kuò)散層市場規(guī)模達(dá)到了383.81百萬美元，預(yù)計2027年將達(dá)到2687.72百萬美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為32.37%。未來幾年，本行業(yè)前景廣闊，本文的2021-2027年的預(yù)測數(shù)據(jù)是基于過去幾年的歷史發(fā)展、行業(yè)專家觀點、以及本文分析師觀點，綜合給出的預(yù)測。

全球氣體擴(kuò)散層市場總體發(fā)展概況

21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人類生活水平的逐漸提高，對于汽車的需求，也開始迅速增長。汽車尾氣已經(jīng)成為大氣主要污染源之一，且傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車難以解決燃料緊張和降低污染物排放的難題。

因此，為了實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，各國提倡采用非常規(guī)的車用燃料作為動力來源的純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車等新能源汽車，減少甚至不排放溫室氣體，以降低對大氣的污染。隨著世界各國環(huán)保意識的增強(qiáng)，減少或降低溫室氣體排放已經(jīng)形成共識，許多國家和地區(qū)都出臺了治理和限制大氣污染的相關(guān)政策。

目前，為了鼓勵燃料電池車的研發(fā)和商業(yè)化，世界各國政府出臺了相應(yīng)的措施與支持政策，對于燃料電池車的推廣與使用，也充滿期待。

目前，燃料電池氣體擴(kuò)散層的選擇只有兩種，要么就是碳布，要么是碳紙。碳布的機(jī)械強(qiáng)度不是特別高，所以后來大多數(shù)的公司都是用碳紙作為氣體擴(kuò)散層。2020年碳紙類型的產(chǎn)品規(guī)模達(dá)313.96百萬美元，占全球總市場的81.8%。

在政府的倡議下，對可再生能源發(fā)電的巨大轉(zhuǎn)變和關(guān)注使市場的未來能夠保持強(qiáng)勁的增長。
私人和公共投資的增長推動了燃料電池市場的發(fā)展。由于燃料電池技術(shù)在諸如亞太地區(qū)之類的公共交通等重載操作中的廣泛使用，交通運(yùn)輸部門的增長顯著，這很可能會在此期間促進(jìn)對燃料電池技術(shù)市場發(fā)展的需求。燃料電池技術(shù)行業(yè)的進(jìn)步已根據(jù)最終用戶分為燃料電池汽車和公用事業(yè)等。減少碳排放的需求為燃料電池驅(qū)動的車輛提供了絕佳的機(jī)會，行業(yè)主要廠商都在擴(kuò)大在該領(lǐng)域的投資和研發(fā)。

氣體擴(kuò)散層產(chǎn)業(yè)鏈分析

氣體擴(kuò)散層產(chǎn)業(yè)上游原料分析

氣體擴(kuò)散層（GDL）是通過將碳纖維編織到碳布中或?qū)⑻祭w維壓在一起形成碳紙制成的多孔結(jié)構(gòu)。今天生產(chǎn)的許多標(biāo)準(zhǔn)GDL都帶有微孔層（MPL）和疏水處理（PTFE）。MPL和PTFE有助于與膜的接觸以及水的管理。MPL通常為催化劑提供具有足夠表面積的光滑層，并與膜良好接觸。MPL通常使用PTFE作為增加疏水性的粘合劑，這有助于防止膜內(nèi)的水逸出-使膜變干并導(dǎo)致更高的阻力（性能降低）。

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