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双极板(BP)又称燃料电池双极板,是反应器中的“骨架”。它是堆叠的膜电极,以形成一个反应器。它支持、收集电流,为冷却剂提供通道,分离燃料电池中的氧化剂和还原剂。
从功能要求上讲,双极板材料是电和热的良导体,具有一定的强度和气体密度等。在稳定性方面,要求双极板在燃料电池酸性(pH=2~3)、电势(E=~ 1.1V)、湿热(气-水两相流,~80℃)环境中具有耐腐蚀性能,且对其他燃料电池部件和材料的兼容性无污染;产品要求双极板材料易加工,成本低。
燃料电池中常用的双极极板材料有石墨碳极板、金属双极极板和复合双极极板。
石墨基双极板在燃料电池环境中具有优异的化学稳定性和高导电性,是质子交换膜燃料电池研究和应用中应用广泛的材料。但它有重、脆、加工成本高的缺点。每个500cm2石墨双极板的加工成本在$100以上,占双极板成本的80%以上。石墨双极板因其耐用性好而广泛应用于商用车。
金属双极板具有电导率高、价格低、工艺方法多样、机械强度高的优点,但易受腐蚀、金属离子污染、密度大、质量重、表面形成氧化膜,金属双极板的技术难点在于成型工艺,金属双极表面处理技术。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重点,主要内容是筛选导电、耐腐蚀、兼容的涂层材料,确保涂层密度和制备技术的稳定性
由于车辆(特别是汽车)的空间限制和乘用车燃料电池的高能量密度要求,金属双极极板比石墨和复合双极极板具有明显的优势。例如,日本丰田Mirai燃料电池车使用的金属双板PEMFC模块功率密度达到3kW/L,英国Intelligent Energy公司ec200-192金属双板燃料电池模块功率密度达到5kW/L。采用金属双极板大大提高了质子交换膜燃料电池模块的功率密度。金属双极板已成为乘用车燃料电池的主流。几乎每一家大型汽车公司都采用了金属双极技术,如丰田、通用、本田等。
复合双极板能较好地结合石墨板和金属板的优点,密度低,耐腐蚀,易成型,使反应器组装达到较好的效果。但目前加工周期长,长期工作可靠性差,没有大规模推广。近年来,复合双极板也开始应用,如石墨/树脂复合、碳/碳复合等,在国内具有开发能力。
随着氢燃料电池汽车的快速发展,势必对双极板的质量提出更高的要求,双极板的弹簧即将到来!