碳基复合材料模压双极板研究进展

冯利利，陈 越，李吉刚，汤思遥，杜军钊，李彤岩，李星国

1) 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083 2) 北京华胜信安电子科技发展有限公司，北京 100085 3) 北京大学化学与分子工程学院, 稀土材料化学及应用国家重点实验室，北京分子科学国家实验室，北京 100871

质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs）是消耗氢气和氧气，将化学能直接转化为电能的新型发电系统[1]，无需像锂电池那样需要充电才可发电[2]，且废旧电池中重金属含量少，废弃后比锂离子电池易于回收，对环境造成的影响更小[3]. PEMFCs发电过程不经过热机过程、不受卡诺循环限制，理论能量利用率达85%～90%[4]，实际效率达65%[5]，远高于传统燃油汽车21%的能量利用率[6]，而且产物仅为水，相对于水电、火电、核电等传统发电方式，具有高效、绿色无污染等优势. 双极板在电堆中的重量占比约为70%～80%，成本占比约为25%～40%[7–8]，其通过气体流道分配反应气体，导出反应产物水，在电池中起传输电子，提供机械支撑的作用[9–10].

双极板根据制备材料的不同分为金属双极板、石墨双极板和复合双极板[11–12]. 金属板材经冲压形成带流道的双极板称为金属双极板，其通过表面改性获得保护涂层，但在长期（>1000 h）严苛工作条件下，涂层会被腐蚀失去保护作用[1]. 石墨双极板为高密度的石墨在高温高压下石墨化并经机械加工形成气体流道的一种双极板，其寿命较长，但石墨较脆，加工工艺要求高，制备难度与成本较高[12–13]. 复合双极板由树脂混合石墨粉（Graphite，G）和增强材料形成预浸……