導(dǎo)讀：超級電容器，特高壓輸電，我們已經(jīng)耍過兩個(gè)放電“大招兒”了，是不是以為我們這次要換個(gè)話題？No！作者已經(jīng)預(yù)判到能被讀者輕松預(yù)判的作者不能成為國家級研究院的優(yōu)秀科技工作者。

所以，今天我們繼續(xù)放出“電招兒”第三式：新能源電池隔膜材料。

曾幾何時(shí)，電池能做的都是一些小事。

 

 

如今，電池似乎已經(jīng)可以驅(qū)動(dòng)萬物。

 

電動(dòng)汽車

作為新能源汽車的“心臟”，電池技術(shù)的發(fā)展、性能的提升決定著新能源汽車能走多遠(yuǎn)，也決定著新能源汽車產(chǎn)業(yè)能走多遠(yuǎn)。“得電池者得天下”，誠如是！

01  鋰離子電池隔膜

在新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)，鋰離子電池目前在乘用純電動(dòng)和混動(dòng)汽車中占絕對主導(dǎo)地位。

鋰電隔膜，一層隔膜兩重天

鋰離子電池主要結(jié)構(gòu)包括正/負(fù)極材料，電解質(zhì)，電池隔膜。隔膜是支撐鋰離子電池完成充放電電化學(xué)過程的重要組成部分。若將電解液看作一條“河流”，鋰離子就如河面上行駛的“小舟”，能夠在其中自由穿梭，隔膜就是“水壩”，“水壩”具有絕緣性，防止正負(fù)極短路，能夠讓電子乖乖從外電路傳輸，形成電流。隔膜上的孔隙是“閘門”，當(dāng)電解液溫度過高時(shí)，“閘門”關(guān)閉，切斷鋰離子穿梭，避免因溫度過高帶來的安全隱患。

 

 

鋰離子電池基本原理

因此隔膜應(yīng)具備的特性包括：

（1）化學(xué)穩(wěn)定性：不與電解質(zhì)、電極材料反應(yīng)；

（2）熱穩(wěn)定性：有良好的高溫隔離性；

（3）離子電導(dǎo)性：離子通過的難易程度與隔膜孔隙率密切相關(guān)；

（4）力學(xué)強(qiáng)度：隔膜不易被刺穿，防止電池短路。

隔膜的性能直接影響電池的容量、循環(huán)次數(shù)以及安全性能等，性能優(yōu)異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要作用。新能源汽車銷售量的暴增，帶來高端鋰離子電池隔膜的需求持續(xù)增加。

02  氫燃料電池氣體擴(kuò)散層

對于新能源車市場，動(dòng)力源除了普遍使用的鋰電池外，還有一匹黑馬——氫燃料電池。

氫燃料電池，簡單點(diǎn)說就是以氫氣作為燃料，依靠氫氣與氧氣發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生電能。與鋰離子電池這類儲(chǔ)能裝置不同，燃料電池本質(zhì)上是發(fā)電裝置，具備零污染、充氫快、續(xù)航強(qiáng)等優(yōu)勢。什么“里程焦慮”？“溫度焦慮”？不存在！

 

 

氫燃料電池完美解決鋰電池新能源汽車在冬季行駛里程驟降這一“心病”，適合商用遠(yuǎn)途場景，與鋰電池形成互補(bǔ)。

 

北京冬奧會(huì)期間，816輛氫動(dòng)力的新能源汽車作為示范運(yùn)營主力軍在不同賽場間穿梭，這也是目前全球首次燃料電池汽車的大規(guī)模運(yùn)營。

燃料電池的電堆是由很多單體電池串聯(lián)組成。單體電池具有七層結(jié)構(gòu)，中間是質(zhì)子交換膜，膜兩側(cè)是催化劑層，催化劑層的兩側(cè)為兩片氣體擴(kuò)散層，最外側(cè)是雙極板。其中氣體擴(kuò)散層是燃料電池的關(guān)鍵組成材料之一。

燃料電池單體電池結(jié)構(gòu)圖

氣體擴(kuò)散層——碳纖維紙，四大神功聚一身

如何才算得上一個(gè)好的氣體擴(kuò)散層材料？它需要具備以下四大神功：傳質(zhì)（氣體及水）、傳熱、導(dǎo)電以及支撐（催化劑層和電極）。因此氣體擴(kuò)散層的材料必須是多孔介質(zhì)，有良好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及一定的機(jī)械強(qiáng)度，除此之外還需要有化學(xué)穩(wěn)定性。

能夠滿足以上要求的氣體擴(kuò)散層材料屈指可數(shù)，其中碳纖維紙憑借性能穩(wěn)定、成本相對較低和適于再加工等優(yōu)點(diǎn)成為主流之選。國內(nèi)氣體擴(kuò)散層碳纖維紙的規(guī)?；a(chǎn)成為燃料電池進(jìn)一步推廣應(yīng)用的“攔路虎”。

中國的新能源，隔膜材料中國造

大國方略，一招一式不假于人。中國汽車在新能源時(shí)代實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，基礎(chǔ)材料很重要！很重要！很重要！

 

由中國造紙?jiān)簠⑴c研制開發(fā)的燃料電池氣體擴(kuò)散層碳纖維紙

“目前國產(chǎn)的隔膜材料存在關(guān)鍵指標(biāo)不能同時(shí)滿足使用要求的問題，制作出高性能隔膜材料并非易事。”中國造紙?jiān)禾胤N紙研發(fā)中心專家說道，“在‘十三五’國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持下，通過聯(lián)合高校、造紙企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)同仁，我們采用隔膜材料制備、制造設(shè)備與工藝相互協(xié)同的研究方法，在經(jīng)歷無數(shù)次嘗試，反復(fù)摸索，終于完成了新一代鋰離子動(dòng)力電池纖維素基隔膜材料以及燃料電池氣體擴(kuò)散層碳纖維紙的生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)。”

實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)市場的進(jìn)程也在加速進(jìn)行中。目前500mm超薄型PET基紙熱壓中試生產(chǎn)線和500mm隔膜涂布中試生產(chǎn)線已建成。產(chǎn)品經(jīng)國內(nèi)多家電池下游用戶試用，證實(shí)材料質(zhì)量已達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品水平，為新能源電池注入“膜”力。

無獎(jiǎng)競猜小游戲：猜猜看，下一期我們會(huì)放出什么大招兒呢？

【中國造紙?jiān)?ldquo;十三五”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)成果盤點(diǎn)之一】

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