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双极板简介

信息来源:金联创 2020-01-19 15:52:13
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双极板Bipolar Plate,BP)在燃料电池电堆的质量、体积和成本中占据着主导地位。因此,不断提高双极板制造技术对于减小燃料电池电堆质量与体积、降低燃料电池电堆成本具有重要意义。

双极板在燃料电池结构中主要有以下几个基本功能:(1)分离单个单元;(2)输送反应气体;(3)构成电流通路;(4)去除反应生成物水;(5)散热;(6)固定燃料电池内部结构。

基于上述功能,双极板应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。

目前,根据材料可以将双极板分为五类:(1)无孔石墨双极板;(2)涂层金属双极板;(3)聚合物-碳复合双极板;(4)碳-碳双极板;(5)多孔/泡沫金属双极板。使用最广泛的是石墨双极板与涂层金属双极板。

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。

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。

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