導讀：超級電容器，特高壓輸電，我們已經耍過兩個放電“大招兒”了，是不是以為我們這次要換個話題？No！作者已經預判到能被讀者輕松預判的作者不能成為國家級研究院的優秀科技工作者。
所以，今天我們繼續放出“電招兒”第三式：新能源電池隔膜材料。
曾幾何時，電池能做的都是一些小事。
如今，電池似乎已經可以驅動萬物。
電動汽車
作為新能源汽車的“心臟”，電池技術的發展、性能的提升決定著新能源汽車能走多遠，也決定著新能源汽車產業能走多遠。“得電池者得天下”，誠如是！
01 鋰離子電池隔膜
在新能源汽車動力電池產業，鋰離子電池目前在乘用純電動和混動汽車中占絕對主導地位。
鋰電隔膜，一層隔膜兩重天
鋰離子電池主要結構包括正/負極材料，電解質，電池隔膜。隔膜是支撐鋰離子電池完成充放電電化學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”，當電解液溫度過高時，“閘門”關閉，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
因此隔膜應具備的特性包括：
（1）化學穩定性：不與電解質、電極材料反應；
（2）熱穩定性：有良好的高溫隔離性；
（3）離子電導性：離子通過的難易程度與隔膜孔隙率密切相關；
（4）力學強度：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、循環次數以及安全性能等，性能優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增加。
02 氫燃料電池氣體擴散層
對于新能源車市場，動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，簡單點說就是以氫氣作為燃料，依靠氫氣與氧氣發生的電化學反應從而產生電能。與鋰離子電池這類儲能裝置不同，燃料電池本質上是發電裝置，具備零污染、充氫快、續航強等優勢。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”，適合商用遠途場景，與鋰電池形成互補。
北京冬奧會期間，816輛氫動力的新能源汽車作為示范運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模運營。
燃料電池的電堆是由很多單體電池串聯組成。單體電池具有七層結構，中間是質子交換膜，膜兩側是催化劑層，催化劑層的兩側為兩片氣體擴散層，最外側是雙極板。其中氣體擴散層是燃料電池的關鍵組成材料之一。
燃料電池單體電池結構圖
氣體擴散層——碳纖維紙，四大神功聚一身
如何才算得上一個好的氣體擴散層材料？它需要具備以下四大神功：傳質（氣體及水）、傳熱、導電以及支撐（催化劑層和電極）。因此氣體擴散層的材料必須是多孔介質，有良好的導熱性、導電性以及一定的機械強度，除此之外還需要有化學穩定性。
能夠滿足以上要求的氣體擴散層材料屈指可數，其中碳纖維紙憑借性能穩定、成本相對較低和適于再加工等優點成為主流之選。國內氣體擴散層碳纖維紙的規模化生產成為燃料電池進一步推廣應用的“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代實現“彎道超車”，基礎材料很重要！很重要！很重要！
由中國造紙院參與研制開發的燃料電池氣體擴散層碳纖維紙
“目前國產的隔膜材料存在關鍵指標不能同時滿足使用要求的問題，制作出高性能隔膜材料并非易事。”中國造紙院特種紙研發中心專家說道，“在‘十三五’國家重點研發計劃的支持下，通過聯合高校、造紙企業及科研機構同仁，我們采用隔膜材料制備、制造設備與工藝相互協同的研究方法，在經歷無數次嘗試，反復摸索，終于完成了新一代鋰離子動力電池纖維素基隔膜材料以及燃料電池氣體擴散層碳纖維紙的生產技術攻關。”
實驗室走進市場的進程也在加速進行中。目前500mm超薄型PET基紙熱壓中試生產線和500mm隔膜涂布中試生產線已建成。產品經國內多家電池下游用戶試用，證實材料質量已達到進口同類產品水平，為新能源電池注入“膜”力。
無獎競猜小游戲：猜猜看，下一期我們會放出什么大招兒呢？
【中國造紙院“十三五”重點研發專項成果盤點之一】
【中國造紙院“十三五”重點研發專項成果盤點之二】