熱壓機(jī)：金屬基材雙極板相比石墨雙極板優(yōu)勢(shì)
2022.05.20
雙極板是燃料電池中的重要部件，一般具有復(fù)雜的微細(xì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮分配水氣、支撐其他部件、收集電流等功能，其質(zhì)量直接影響電堆的輸出功率和使用壽命。根據(jù)美國(guó)能源部2017年發(fā)布的燃料電池系統(tǒng)成本報(bào)告估計(jì)，在燃料電池系統(tǒng)年產(chǎn)量在1 000臺(tái)的情況下，雙極板成本占整個(gè)系統(tǒng)成本的18%;但是隨著系統(tǒng)年產(chǎn)量增至500 000臺(tái)，由于其他零部件的批量成本下降較多，金屬雙極板成本所占比例將激增至28%。因此，實(shí)現(xiàn)雙極板的大批量低成本制造對(duì)降低燃料電池汽車成本、推進(jìn)燃料電池汽車商業(yè)化具有重要意義[10]。
然而，雙極板工作時(shí)所處的環(huán)境十分復(fù)雜，需要克服 pH 值 2~3 的強(qiáng)酸性和潮濕環(huán)境，另外較高的運(yùn)行溫度(65~90 ℃)無(wú)疑會(huì)加速它的老化[14]。石墨具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和抗腐蝕能力，因而是制造雙極板的理想材料，但天然石墨疏松多孔，并且脆性較大，所以石墨通常被壓制成幾毫米的厚板來(lái)抵抗機(jī)械破壞和提高致密性，這必然會(huì)大幅提高制造成本和增加整個(gè)電池組件的質(zhì)量[15]。
金屬基材雙極板相比石墨雙極板具有以下優(yōu)勢(shì)：
（1）金屬具有良好的延展性，可采用高精度塑性成形工藝來(lái)制備具有復(fù)雜微流道特征的雙極板，具有高效、高一致性等優(yōu)點(diǎn)。
（2）金屬?gòu)?qiáng)度一般比石墨高，因此極板厚度可以大大降低（目前主流極板大多采用 0.05~0.2 mm 厚金屬板），相比1~2 mm厚的石墨雙極板可大幅降低電堆的體積和重量，功率密度指標(biāo)優(yōu)勢(shì)突出。
（3）金屬的韌性較好、不易斷裂，因此金屬雙極板特別適于工作在高振動(dòng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)工況。
此外，金屬的高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱特性也使其成為雙極板的優(yōu)良材料。但是金屬雙極板也存在問(wèn)題，比較突出的是其耐腐蝕性較差，因此需要對(duì)金屬雙極板表面進(jìn)行改性處理，以保證其壽命。綜合來(lái)看，金屬雙極板已成為燃料電池汽車電堆材料的不二之選[10]。
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