📌 生碳纸基材简介（Raw Carbon Paper Substrate）

生碳纸基材是一类由 PAN 基或黏胶基碳纤维经造纸成型与碳化工艺制备的三维多孔导电骨架，是燃料电池、电解水、电化学反应器和气体扩散层（GDL/MPL）生产的核心结构材料。其内部由随机取向碳纤维构成的开放式毛细网络，可在压缩条件下同时提供 电子传导、气体扩散、液体渗透与机械支撑，并可按需要进行 PTFE 疏水改性、微孔层（MPL）覆、金属/催化层负载或亲水处理。不同体系的生碳纸在导电性、孔隙率、刚性、厚度及渗透性能方面各具优势，可适配 PEMFC、AEM 电解水、CO₂RR、液流电池、加湿器、电化学反应器、热结构支撑、高压堆栈与工业量产堆 等多种场景。

🔷 碳毡 / 石墨毡 产品介绍

碳毡或石墨毡是一类由 PAN 基或 Rayon 基碳纤维经高温碳化或石墨化处理形成的三维多孔导电材料。其结构由高度交联的纤维网络构成，具备 高孔隙率、大比表面积、优良电导率、低压降、耐化学腐蚀、耐高温与良好的弹性压缩回弹性能。根据处理温度不同，材料可表现为碳毡（碳化态，柔软且活性强）或石墨毡（石墨化态，导电性与化学稳定性更高）。得益于其快速电子与离子传输能力、对电解液的优异润湿性和低界面极化特性，碳毡 / 石墨毡已成为多种电化学能源装置的关键功能材料，尤其适用于 液流电池（VRFB / Zn-Br）、燃料电池（PEMFC）、水电解（PEMWE / AEMWE）、高温钠电池（NaNiCl）与金属空气电池。此外，凭借其耐 1000°C 以上的隔热能力与低挥发杂质特性，碳毡 / 石墨毡亦广泛应用于 真空炉隔热、金属冶炼、热处理工艺、电催化、电化学废水处理及实验室科研装置，同时可作为 电极材料与隔热材料的双重功能组件。

📋 碳毡 & 石墨毡参数表

🔷 微孔碳材系列（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）｜科学材料站

微孔结构丰富、比表面积更大，可显著提升电化学活性位点密度、吸附能力与气液界面稳定性。支持 定制比表面积、孔径分布与表面化学结构，适用于多类电催化与能量转化体系。

主要特点

• 微孔丰富：提供更大的有效比表面积

• 可定制孔结构：从典型 50–1000 m²·g⁻¹ 到更高比表面

• 多材料体系可选：碳布（柔韧）、碳纸（高机械强度）、碳毡/石墨毡（厚度大、吸液强）

• 高导电性与耐腐蚀性：稳定适用于酸/碱环境

• 可做亲水/疏水/功能化处理：适应不同电极工况

典型应用方向

• CO₂ 电还原（CO₂RR）：提升气体滞留与催化接触效率

• 金属空气电池（Zn–air / Li–air）：促进三相界面与气体通道形成

• PEM / AEM 燃料电池：作为高比表面扩散层或反应层载体

• 电解水阴极 / 其他电催化体系

• 超级电容器 / 物理吸附 / 过滤与气体处理

典型微孔碳材：W0S1011W微孔碳布、TGPH06W微孔碳纸、GFD2.5W微孔石墨毡、GF020W微孔石墨毡等等

💧 亲水碳材简介（Hydrophilic Carbon Substrates）

亲水碳基材料是在碳布、碳纸、碳毡或石墨毡等碳纤维基材表面引入亲水化功能层，使其在水和电解液体系中具备快速润湿、低接触角与均匀浸润能力，从而显著提升离子传输效率、提高催化层利用率，并在高电流密度下有效降低极化。亲水处理不会削弱基材的结构强度与导电性能。

亲水化可通过氧化活化、等离子、掺杂或功能聚合物/纳米颗粒表面修饰等机制实现。科学材料站可针对不同基材提供定制化处理，使材料在保持电子传导骨架的同时兼具液体渗透、气体扩散与机械支撑能力。

按功能基团不同，分为三种类型：

• 标准型（C=O）：通用性强，适用于多数酸性/中性电化学体系

• 定制型 A（Ar–OH）：表面极性高、水化能力强，有利于催化层附着

• 定制型 B（–COOH）：润湿能力极强，适用于高电流密度与快速传质工况

按照润湿能力与渗透速度，还分为四级亲水等级：弱亲水 H(W)、标准亲水 H(M)、强亲水 H(S)、超强亲水 H(U)，用于不同负载量、电解液黏度与流量条件。

不同基材在亲水化后的性能侧重不同：

• 亲水碳布：柔韧，可弯折贴合，压紧稳定，适用于 AEM/PEM 电解水阴极、CO₂RR、电催化与电容器

• 亲水碳纸：刚性强、传导与渗透平衡，可作为 GDL/PTL 用于 PEMFC、DMFC、PAFC、高功率电堆和工业电解槽

• 亲水碳毡：孔隙率和比表面积大，反应界面活跃，用于 VRFB、Zn–Br、NaNiCl、电催化反应器与水处理

• 亲水石墨毡：导电性极高、耐腐蚀、压降低，适用于高电流密度 VRFB、电解水、电堆与工业电化学设备

典型亲水碳基材料：W0S1011H(S)强亲水碳布、TGPH060H(S)强亲水碳纸、GFD2.5H(S)强亲水石墨毡、GF020H(S)强亲水石墨毡、河森HCP010N/020N/030N亲水碳纸、HCP330N/331N亲水碳布等等

⚡ 一侧亲水 + 一侧疏水（亲疏水碳材）系列

（碳纸｜碳布｜碳毡｜石墨毡）
双界面结构 = 高电流密度 × 快速传质 × 长期稳定循环

亲水面 → 快速润湿、离子传输、催化层牢固附着
疏水面 → 气液分离、产物排出、抑制淹没与极化
共性优势 → 高导电 / 低电阻 / 耐酸碱 / 机械韧性强

🎯 四类材料的最佳适配场景

通用原则：亲水面 = 催化层/液相侧；疏水面 = 气侧或产物排放

• 疏水等级：1% / 5%(默认) / 10% / 20% / 30% / 40% / 50%

• 亲水等级：H(W)弱｜H(M)标准｜H(S)强 (默认)｜H(U)超强

• 结构形式：TH = 亲水 + PTFE疏水 ｜ FH = 亲水 + FEP疏水

典型型号示例：W0S1011TH亲疏水碳布、TGPH060TH亲疏水碳纸、GFD2.5TH亲疏水石墨毡

⚡ 一侧亲水 + 一侧亲水微孔层HMPL（亲水微孔层碳材）系列

高润湿 × 强附着 × 快速传质 × 高电流密度运行

基材为强亲水碳布/碳纸/碳毡/石墨毡，单侧构筑含 20% Nafion 的 XC-72 微孔层（MPL），提供高效三相界面活化：

• 亲水面（默认强亲水H(S)） → 快速电解液铺展 & 低接触角

• HMPL 面 → 催化层高附着力 & 快速气体扩散 & 传质稳定

• HMPL载量：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻² (标准MPL：80 wt% XC-72 + 20 wt% Nafion)
  结果：高电流密度下依然保持均匀润湿、不淹没、不极化。

适用于：CO₂RR · AEM/PEM电解水 · 燃料电池 · 金属空气电池 · 液流电池 · 超级电容器 · 各类 GDE 电极体系

🎯 不同碳材类型的最佳应用方向

通用原则：催化层制备于 HMPL 面；另一侧亲水面作为液相侧

⭐ 典型型号：W0S1011MH亲水微孔层碳布 ｜ TGPH060MH亲水微孔层碳纸

🔹双面亲水微孔层碳材系列（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）

采用强亲水基材，在两侧均构筑含离聚物的 XC72 微孔层（MPL），实现 亲水导液 + 高效传质 + 低阻抗导电 三效合一。
材料具 极低接触角、快速润湿扩散、稳定导电性、优异粘附与抗剥离性，可直接作为 电极集流层 / 催化层支撑层 使用，无需额外造极。

⚡典型应用：PEM / AEM 水电解、CO₂RR、PEMFC / DMFC、金属空气电池、液流电池、超级电容器、电催化与电化学研究等。

📌 产品核心参数

• 单面HMPL载量（双面对称）：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻²

• HMPL配方：80% XC72 + 20% Nafion

• 默认基材：强亲水碳纸/碳布/碳毡/石墨毡

• 典型型号：W0S1011MH(D)双面亲水微孔层碳布 / TGPH060MH(D)双面亲水微孔层碳纸

🎯 不同碳基材料的典型优势 & 适配场景

🔍 技术注释：XC72 炭黑本身不亲水；通过加入 Nafion 离聚物 形成电润湿（electrowetting）效应，使 MPL 更易表现出表面亲水性。若对亲水性有更高要求，可定制 XC72H 亲水炭黑微孔层。

⚠ 使用与储存建议

• 避免 高温强碱长期浸泡

• 干燥保存，避免吸湿

• 若润湿性衰减 → 纯水浸泡 + 60–80°C低温干燥或可恢复性能

⚡ 一侧疏水 + 一侧亲水微孔层（MPL）碳材系列

碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡

双功能界面结构：

• 疏水侧 → 快速排气、抑制电极淹没

• 亲水微孔层侧（MPL） → 强润湿、导液畅通、催化层牢固附着
  ➡ 显著提升气液平衡、三相界面活化和高电流密度下的传质性能。

材料特性：低电阻 · 高导电 · 抗腐蚀 · 高机械稳定性
可直接作为 集流层 / 气体扩散层 / 催化层支撑层。

🎯 各类碳材的典型优势与适配场景

📌 规格概述

• 典型型号：TGPH060TM疏水/亲水微孔层碳布 ｜ W0S1011TM疏水/亲水微孔层碳布

• MPL 载量：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻²

• 配置：疏水侧 = 5% PTFE；亲水侧 = 80% XC72 + 20% Nafion 微孔层（MPL）

🔍 技术注释

XC72 炭黑本身不亲水；加入 Nafion 离聚物可产生 电润湿（electrowetting）效应，使 MPL 在运行中快速表现出亲水性。若需更高亲水性能 → 可升级为 XC72H 亲水炭黑微孔层。

⚡ 一侧亲水 + 一侧疏水微孔层碳材系列

（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）

双界面结构：
亲水侧 → 快速润湿 & 催化层牢固成膜
疏水微孔层侧 → 排气、防淹没 & 稳定三相界面传质

在高电流密度下仍能保持连续反应界面，可直接用作 GDL / 扩散层 / 催化层支撑层，适配 AEM/PEM 电解水、CO₂RR、金属空气电池、燃料电池、流动电池等。

🎯 不同基材特点 & 应用

📌 产品规格

• 典型型号：W0S1011HM亲水/疏水微孔层碳布 / TGPH060HM亲水/疏水微孔层碳纸

• MPL载量：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻²

• 结构说明：

  • 亲水侧 = 强亲水碳材表面

  • 疏水侧 = 80% XC72 + 20% PTFE 微孔层（MPL）

⚠ 使用提示: 避免疏水侧长时间处于 强碱 + 高温浸泡环境；若疏水性衰减 → 60–80°C低温烘干可恢复。

⚡ 疏水碳材系列（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）

通过 PTFE / FEP 疏水调控，形成稳定气液界面，兼具导电、疏水、透气、抗反渗性能。适用于：燃料电池、AEM/PEM/碱电解水、CO₂电还原（金属–气体三相界面）、金属空气电池、电催化 & GDE 电极。

总体优势
✔ 疏水度可精确调控 1–80%
✔ 耐化学腐蚀、机械强度高
✔ 支持裁剪、定制涂层 & 把质层结构
🔎 使用提示：喷涂/印刷催化层建议选择低表面能溶剂体系；裁切避免折伤碳纤维。

🎯 不同疏水碳材的特点 & 推荐应用

🔍 典型型号（疏水可选 1–80%）: W0S1011T疏水碳布、TGPH060T疏水碳纸、GFB025T疏水石墨毡、河森 HCP330P/331P疏水碳布、河森HCP010P/020P/030P疏水碳纸

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⚡ 单面疏水碳材系列（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）

一面保持原始碳材结构 + 一面可控疏水层（PTFE / FEP）
构建稳定气液界面、降低电极淹没风险、提升气体脱出效率与三相界面活性。
适用于：CO₂电还原、金属空气电池、燃料电池、NRR、电解水阴极、GDE 电极制备。

优势亮点
✔ 气体脱除高效、抗淹没
✔ 保留原始基材侧的亲液/涂层友好性
✔ 单面疏水等级可调 1–50%（TS = PTFE疏水 / FS = FEP疏水）

🔥 四类单面疏水碳材特点与应用推荐

类型	结构特点	优势	典型应用
单面疏水碳布	编织结构 / 高通量	柔韧、低压降、排气快	CO₂RR、金属空气电池、阴极 GDE
单面疏水碳纸	微孔层均匀	平整、高强度、尺寸稳定	燃料电池 MEA、电解水阴极
单面疏水碳毡	3D 纤维网络	吸液感强、电极浸润均衡	流动型电极、电催化反应器
单面疏水石墨毡	高导电 / 高耐腐蚀	高温稳定、腐蚀抵抗强	过电位体系、液流电池、耐强碱体系

📌 使用建议

• 催化层请涂覆在“未疏水侧”

• 疏水侧对外 / 朝向气流面

• 避免对疏水层进行超声或强摩擦清洗

🔍 代表型号：单面疏水等级可调 1–50%：W0S1011TS、TGPH060TS （TS = PTFE疏水；FS = FEP疏水，可按需求切换）

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⚡ 疏水微孔层碳材系列（碳布 / 碳纸 / 碳毡 / 石墨毡）

疏水碳材基底 + 一侧疏水微孔层（MPL：70% XC72 + 30% PTFE）
双重疏水结构形成稳定气液界面，快速排气、抗电极淹没并提升气体抵达催化位点效率，显著增强三相界面活性和大电流密度性能。

适用体系：CO₂电还原、金属空气电池、燃料电池、NRR、电解水阴极等 GDE 电极

🌟 四类碳材的性能差异与应用推荐

基材类型	结构优势	推荐场景
疏水碳布	通量高 / 柔韧	大面积 GDE、金属空气电池
疏水碳纸	平整 / 高强度	MEA、CO₂RR、燃料电池
疏水碳毡	3D纤维网络	电解水阴极、大电流体系
疏水石墨毡	高导电 / 耐腐蚀	强碱体系、耐高温反应器

📌 结构与规格

• 统一结构：疏水碳材基底（10% PTFE） + 疏水微孔层（70% XC72 + 30% PTFE）

• MPL载量：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻²（可定制）

📍 典型型号

• 疏水微孔层碳布：W0S1011M、W1S1011、ELAT LT1400M、

• 疏水微孔层碳纸：Toray XGL-R-055、河森HCP120/HCP135、SGL 22BB/28BC/36BB/39BB、AvCarb GDS5130、YLS-30T (A3/B3/C3/H3)、TGPH060M等等

• 增强款（标准MPL基础上新增 0.5–4 mg·cm⁻²）：W1S1011M、

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⚠ 使用建议（简版）

• 催化层沉积在 MPL 侧

• 避免 刮磨 / 超声清洗 MPL 面

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🔷 双面疏水微孔层碳材（碳布/碳纸/碳毡/石墨毡）系列｜科学材料站

双面疏水微孔层（MPL）结构提供 对称气体扩散通道 与 优异抗淹没性能，提高电极压实耐受性、传质效率及长时稳定性。广泛适用于 CO₂RR、金属空气电池、燃料电池、NRR、电解水阴极及各类GDE体系。

优势特点

• 双面疏水MPL：气体分布更均匀，显著降低淹没与积液

• 高机械强度：可承受较高压实压力

• 高稳定性：耐腐蚀、耐电解液浸润
  ⚠ 注意：双面MPL均为气体侧，不建议超声清洗或强力刮擦。

📌 产品概况

• 标准结构：疏水碳材基体（10% PTFE）

• 双面MPL：70% XC-72＋30% PTFE

• 载量可选：0.5 / 1 / 1.5 / 2 / 3 / 4 mg·cm⁻² / 面（部分型号为固定标准载量）

典型型号：W0S1011M(D) 双面疏水微孔层碳布、TGPH060M(D) 双面疏水微孔层碳纸、ELAT LT2400W（美国）双面疏水微孔层碳布

其他碳布/碳纸/碳毡/石墨毡均可定制双面疏水MPL版本

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