关于燃料电池双极板的一些介绍

燃料电池双极板是燃料电池的重要组件，是电堆质量的主要构成部分（80%，质量分数）。在燃料电池运行中发挥着不可或缺的作用--导电、导气与导热，需要具备良好的导电性、耐腐蚀性强、高机械强度、质量轻等特点。

双极板的材料主要为石墨、金属和复合材料三类。

石墨材料是最早开发用于PEMFC双极板的材料，其优点是耐腐蚀性强、高耐久性，但不足的是制作周期长、抗压性差、厚度达等，目前主要应用于专用车和客车。石墨双极板的主流供应商有美国POCO、美国SHF、美国Graftech、日本Fujikura Rubber、日本Kyushu Refractories、英国Bac2等。中国石墨双极板厂商主要有亿华通、上海弘枫、杭州鑫能石墨、江阴沪江科技、淄博联强碳素材料、上海喜丽碳素等，目前基本已实现国产化。

金属双极板机械强度高、韧性高、导电和导热性能好，可以方便地加工制成很薄的PEMFC双极板（0.1~0.3mm），从而提高电堆功率密度。目前主要应用于乘用车，如丰田Mirai采用的就是金属双极板，其燃料电池模板功率密度达到3.1kW/L；英国Intelligent Energy新一代EC200-192金属双极板燃料电池模块的功率密度更是达到了5kW/L。金属双极板主要供应商有瑞典Cellimpact、德国Dana、德国Grabener、美国Treadstone等。国内还处于研发试制阶段，上海佑戈、上海治臻新能源、大连新源动力、爱德曼氢能源等企业和科研院校已研制出车用燃料电池金属双极板生产线在江苏省常熟市高新区开工奠基，目标是成为中国大的金属双极板生产商，规划建设1000万片/a的车用氢能燃料电池电池金属双极板。

复合材料双极板兼具石墨材料的耐腐蚀性和金属材料的高机械强度特性，未来将向低成本化方向发展。复合材料双极板的研发目前还比较少，国内主要有大连新源动力和武汉喜马拉雅等企业有所涉及，实际应用情况还未见报道，3种双极板的具体特性如下表所示。

常用双极板种类及对比

双极板作为燃料电池气体分配、散热的主要功能部件，质量占80%以上，其制造材料及流场设计在一定程度上决定了电堆的整体运行特性。目前，结构的薄板化、流场的高维度化、高有序化是双极板设计的主要方向。例如本田公司旗下Clarity中搭载的电堆采用了二维波纹形流场设计，提升了气体在流道中传输时与壁面碰撞的概率，增强了垂直膜电极方向的强制对流过程，提升了气体利用效率。同时，在冷却流场设计方面采用了“2MEA+3隔板+1冷却流道”的单元设计方式，进一步实现了薄板化设计。

实际上，流场的排水能力也是限制燃料电池极限电流密度提升的重要因素之一。双极板良好的排水能力可以使氢气/氧气能够快速、均匀、充分地扩散至催化剂表面，同时保证反应产物水的及时排除，使气液固三相界面保持优状态。丰田公司Mirai采用的是经过特殊设计的三维流场结构，通过密布的导流槽引导气体向扩散层表面平滑有序化流动，同时通过导流槽上下表面的亲疏水改性处理以及导流槽的周期性波纹阵列实现了水、气流动的两相分离，在提升气体利用率的同时，增强了排水能力。