溫馨提示：關(guān)注微信公眾號(hào)，回復(fù)數(shù)字"1"，了解氫燃料電池原理，"2"，電堆生產(chǎn)工藝，回復(fù)數(shù)字"3"，雙極板生產(chǎn)工藝，回復(fù)數(shù)字"4"：產(chǎn)業(yè)鏈報(bào)告分享及下載。
氫燃料電池是由多個(gè)單體電池串聯(lián)組合而成，將雙極板與膜電極三合一組件交替疊合，各單體之間嵌入密封件，最后經(jīng)前、后端板用螺栓壓緊緊固，就形成了我們所需要的燃料電池。單體電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見下圖。
作為燃料電池的關(guān)鍵零部件之一，燃料電池雙極板（又叫流場(chǎng)板）的地位非常重要，它不僅是電堆中的“骨架”，而且雙極板擔(dān)負(fù)的功能很多：要進(jìn)行燃料、氧化劑和冷卻液的分隔；通過流道將燃料和氧化劑均勻供應(yīng)給電極進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)；將冷卻液分配到各個(gè)冷卻腔體，移出反應(yīng)產(chǎn)生的熱量；收集單節(jié)電池上電化學(xué)產(chǎn)生的電流等。
這對(duì)雙極板的要求是非常嚴(yán)酷的，從功能上要求雙極板材料是電與熱的良導(dǎo)體、具有一定的強(qiáng)度以及氣體致密性等；穩(wěn)定性方面要求雙極板在燃料電池酸性和濕熱環(huán)境下具有耐腐蝕性和無污染性；產(chǎn)品化方面要求雙極板材料要易于加工、成本低廉。因此，雙極板需要滿足高電導(dǎo)率和熱導(dǎo)、高機(jī)械強(qiáng)度、有效阻隔反應(yīng)流體、耐腐蝕性好、材料成本低以及可進(jìn)行大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)等嚴(yán)酷要求。
燃料電池常采用的雙極板材料有石墨碳板、金屬雙極板、復(fù)合雙極板3大類。它們的優(yōu)劣勢(shì)比較如下：
石墨基雙極板：具有非常良好的化學(xué)穩(wěn)定性和很高的導(dǎo)電率，但是有重量重、脆性大、難加工，厚度減薄已趨于極限等缺點(diǎn)，同時(shí)價(jià)格昂貴，現(xiàn)多應(yīng)用于商用車。
金屬雙極板：具有電導(dǎo)率高、價(jià)格低廉、工藝制法多樣、高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，但其易受腐蝕和污染，表面易形成氧化物薄膜，因此金屬雙極板的技術(shù)難點(diǎn)在于成型技術(shù)和表面處理技術(shù)。
復(fù)合材料雙極板：能較好地結(jié)合石墨板與金屬板的優(yōu)點(diǎn)，密度低、抗腐蝕、易成型，但是加工周期長、長期工作可靠性較差，因此目前沒有大范圍推廣。
由于車輛空間限制（尤其是轎車）以及乘用車燃料電池具有高能量密度需求，金屬雙極板已成為乘用車燃料電池的主流雙極板。目前國內(nèi)外幾乎各大汽車公司都采用金屬雙極板技術(shù)。
燃料電池的“高功率密度、大功率輸出、長壽命運(yùn)行、低成本制造”是長期制約燃料電池汽車規(guī)?；茝V的國際性難題，這四項(xiàng)要求均需要靠金屬雙極板來保證，為此要求金屬雙極板必須做到：厚度盡可能薄、加工精度高、耐腐蝕性強(qiáng)和生產(chǎn)效率高。這也是金屬雙極板制造的四大難題。
1、厚度薄：乘用車用燃料電池要求要有大于3kW/L的高功率密度，通常100kW電堆由400多片雙極板和膜電極疊裝而成。雙極板占電堆體積80%，這就要求金屬雙極板必須做的更加?。?.07-0.1mm)，這樣才能使得金屬電堆的體積小，功率密度大。
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2、加工精度和一致性：乘用車用燃料電池要求要實(shí)現(xiàn)高功率輸出，且要具有十年以上的使用壽命，因此必須靠非常高的加工精度和產(chǎn)品完全一致性來保證。金屬雙極板的加工工序非常多，在每一道工序中對(duì)雙極板流道形狀設(shè)計(jì)、選用材料耐蝕性及厚薄均勻性、焊接平整度、翹曲、流道深度均勻性等都有很高的要求，甚至是微米級(jí)精度的要求，金屬雙極板如下圖所示。
3、耐腐蝕性強(qiáng)：金屬雙極板長期浸泡在酸性介質(zhì)中并受到溫度的沖擊，還要具有良好的耐腐蝕性、高電導(dǎo)和低接觸電阻等特性，故必須具有超高強(qiáng)的耐腐蝕性，目前最常用的工藝是在金屬基體表面進(jìn)行多種材料和多層噴涂處理，但是涂層材料配方和涂覆工藝的研究是業(yè)內(nèi)核心技術(shù)需要攻關(guān)。
4、生產(chǎn)效率高：如何把實(shí)驗(yàn)室研究成果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，同時(shí)順利做到“四大難點(diǎn)“的解決，保證金屬雙極板產(chǎn)品的尺寸精確和性能一致性，真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化難度相當(dāng)大，這中間需要強(qiáng)大的高端制造裝備和完善可靠的工藝流程的保證。
來源：節(jié)選自電器與能效
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原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦氫科技網(wǎng)）：金屬雙極板制造的四大難點(diǎn)
