质子交换膜燃料电池双极板材料及制备综述＊

刘颖 赵洪辉 盛夏 潘兴龙

（1. 中国第一汽车股份有限公司 研发总院，长春130013；2. 汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130013）

主题词：质子交换膜燃料电池 双极板 石墨 金属 复合材料

1 前言

为了缓解由化石燃料燃烧导致的环境污染和温室效应的问题，急需新型清洁能源的开发[1]。其中，氢能被认为是最适合的能源来源，而以氢能作为能源的质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFC）由于其效率高、零排放以及工作温度低的优势成为最有潜力的能量装换装置[2]。但由于PEMFC耐久性及成本方面的制约，还未能实现大规模商业化应用，其中双极板是PEMFC 中的关键部件之一。一般情况下，双极板占电堆总质量的80%以上，占总成本约30%，而电堆体积基本是由双极板占据[3]。

Jiang[4]归纳了双极板在燃料电池结构上具有的6个基本功能：

（1）分离各个电池；

（2）输送反应气体；

（4）去除水副产物；

（5）消散反应热；

（6）承受夹紧力。

为适应以上功能，美国能源部给出的2020年和2025年双极板的特性指标如表1所示。目前，从燃料电池技术团队路线图报告来看，双极板的成本为5.4美元/kW[5]，远远高于美国能源部2025年的目标(2.0美元/kW)[6]，因此，双极板材料价格必须更低廉，并且具有高的电导率和导热性，低的接触电阻和良好的耐腐蚀性。

表1 美国能源部（DOE）2020年和2025年双极板特性指标

双极板根据材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板，表2列出了不同材料双极板的优势与劣势[8]，石墨双极板是目前国内PEMFC最常用的双极板材料，但由于金属双极板在大规模批量生产的时候，其生产成本会极大程度降低，且大功率电堆体积相对石墨板电堆小得多，所以受到越来越多的关注。……