双极板,了解一下,被称为燃料电池电堆的骨架

发布时间:2018-04-16

  燃料电池双极板(Bipolar Plate,BP)又叫流场板,是电堆中的“骨架”,与膜电极层叠装配成电堆,在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。
  
  从功能上要求双极板材料是电与热的良导体、具有一定的强度以及气体致密性等;稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性(pH=2~3)、电位(E=~1.1 V)、湿热(气水两相流,~80 ℃)环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染性;产品化方面要求双极板材料要易于加工、成本低廉。
  
  
  
    
  资料来源:公开资料,兴业证券研究所
  
  燃料电池常采用的双极板材料如下图所示,包括石墨碳板、金属双极板、复合双极板3大类。
  
  
  
  石墨基双极板在燃料电池的环境中具有非常良好的化学稳定性,同时具有很高的导电率,是目前质子交换膜燃料电池研究和应用中最为广泛的材料。但是有较重、脆性、加工昂贵等缺点,每块 500cm2 石墨双极板加工费大于 100 美元,占双极板费用的 80%以上。石墨双极板因为耐久性长,广泛应用于商用车。
  
  金属双极板具有电导率高、价格低廉、工艺制法多样、高机械强度等优点,但其易受腐蚀、金属离子污染、密度大、质重、表面形成氧化物薄膜,金属双极板的技术难点在于成型技术、金属双极板表面处理技术。其中以非贵金属(如不锈钢、Ti)为基材、辅以表面处理技术是研究的热点,主要内容是要筛选导电、耐腐蚀兼容的涂层材料与保证涂层致密、稳定的制备技术
  
  
  
  由于车辆空间限制(尤其是轿车),乘用车燃料电池具有高能量密度需求,金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显优势。如日本丰田Mirai燃料电池汽车用金属双极板PEMFC模块的功率密度达到3kW/L,英国Intelligent Energy的新一代EC200-192金属双极板燃料电池模块的功率密度达到5kW/L。金属双极板使PEMFC模块的功率密度大幅提升,金属双极板已成为乘用车燃料电池的主流双极板。几乎各大汽车公司都采用金属双极板技术,如丰田公司、通用公司、本田公司等。
  
  复合材料双极板能较好地结合石墨板与金属板的优点,密度低、抗腐蚀、易成型,使电堆装配后达到更好的效果。但是目前加工周期长、长期工作可靠性较差因此没有大范围推广,复合材料双极板近年来也开始有应用,如石墨/树脂复合材料、碳/碳复合材料等,国内具备研制能力。
  
  
  
  伴随着氢燃料电池汽车的迅速发展,也势必对双极板质量产生更高的诉求,双极板的春天即将来临!
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