燃料电池双极板
燃料电池双极板的作用
燃料电池双极板的作用
嘿，你问燃料电池双极板的作用呀？这玩意儿可重要啦。
首先呢，双极板就像是燃料电池的“骨架”。
它把燃
料电池的各个部分连接起来，让整个燃料电池结构更稳定。
就好比人得有骨头才能站得直，燃料电池有了双极板才能
稳稳当当的工作。
然后呢，双极板还能起到导电的作用。
它就像电线一样，把电从一个地方传到另一个地方。
在燃料电池里，双
极板把燃料和氧化剂产生的电传导出去，让我们能用上这
些电。
要是没有双极板导电，那电就没法用啦。
还有啊，双极板能分隔燃料和氧化剂。
它就像一堵墙，把燃料和氧化剂隔开，不让它们乱跑。
这样才能保证燃料
电池正常工作，不会发生危险。
要是燃料和氧化剂混在一起，那可就糟糕了。
另外呢，双极板还能散热。
燃料电池工作的时候会产
生热量，双极板可以把这些热量散发出去，让燃料电池不
会过热。
就像人热了要出汗散热一样，燃料电池靠双极板
散热。
我给你讲个事儿吧。
有一次我去参观一个燃料电池工厂，看到那些燃料电池里的双极板。
工作人员给我介绍说，双极板的作用可大了，如果双极板出问题，整个燃料电池
都没法工作。
从那以后，我就知道了双极板在燃料电池里
的重要性。
总之呢，燃料电池双极板的作用有当骨架、导电、分
隔燃料和氧化剂、散热等。
没有双极板，燃料电池可就玩
不转啦。
加油吧！相信你也能认识到双极板的重要性。
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展
PEM燃料电池用金属双极板及其涂层的研究进展摘要质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势,但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。
该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发，系统总结了相关研究进展。
首先根据燃料电池的市场需求，分析了应用金属双极板的优势；对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论，并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价，发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标。
如图１所示，PEMFC 的工作环境恶劣：高湿度、高电势、温度分布不均匀。
同时，PEMFC的工作状况复杂，在实际的车辆应用中，燃料电池主要经历４种工况：启/停工况、怠速工况、高负载工况和变载工况。
工况的变化可能会导致反应气体不足，而反应气体不足和启/停工况则会带来高电势。
此外，PEMFC在运行中偶尔也会发生控制故障，导致膜的干燥或水淹现象发生。
研究燃料电池工作环境和工作状况下金属双极板的导电性和耐久性至关重要。
图1 PEMFC工作环境及工作状况对金属双极板的影响本文聚焦于金属双极板及其涂层的导电性和耐久性，综述了相关研究进展。
首先简要概述了近年来PEMFC电堆的产品市场，并根据燃料电池制造商的选择指出了研究金属双极板及其涂层的重要性，对涂层进行了分类；然后，讨论了测试方法，对涂层进行了比较；接下来揭示了工作环境和工作状况对金属双极板及其涂层的导电性和耐久性有显著影响，阐述了各因素所造成的影响，最后提出了未来的研究方向。
１、双极板的类型与涂层双极板是PEMFC电堆的重要组件，约占整体70％的质量和30％的价格。
根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。
石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高，相比之下,金属双极板强度更高，具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。
图２整理了部分国内外制造商的车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型。
燃料电池双极板
复合材料
要点一
总结词
复合材料结合了多种材料的优点，具有较高的机械强度、 耐腐蚀性和抗氧化性。
要点二
详细描述
复合材料由两种或多种材料组成，可以结合各种材料的优 点，弥补单一材料的不足。在燃料电池双极板制造中，常 用的复合材料包括碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复 合材料等。这些复合材料具有较高的机械强度、耐腐蚀性 和抗氧化性，能够承受燃料电池运行过程中的压力和温度 变化，同时保持稳定的性能。
02
燃料电池双极板材料
金属材料
总结词
金属材料具有较高的导电性和导热性，但易腐蚀，需要采取防腐蚀措施。
详细描述
金属材料如不锈钢、钛等在燃料电池双极板制造中应用广泛。它们具有良好的导电性和导热性，能够满足双极板 对电和热传导的要求。然而，金属材料容易受到腐蚀，特别是在燃料电池的酸性或碱性环境中，因此需要采取表 面涂层、合金化等防腐蚀措施来提高其耐久性。
其他领域
船舶
燃料电池双极板可用于船舶动力系统，提供清洁、高效的能 源，促进船舶行业的绿色发展。
航空航天
在航空航天领域，燃料电池双极板具有轻量化和高效能的特 点，为航天器和无人机提供动力支持。
05
燃料电池双极板的发展趋势与挑 战
技术材料如碳纤维复合材料、金属基复合材料等在双极板制造
精度与性能
新型制造工艺具有更高的制造精度和更优异的性能，尤其在复杂形 状和微孔结构的制造方面具有明显优势。
环境影响
传统制造工艺通常需要大量的材料和能源，而新型制造工艺可实现材 料的有效利用和节能减排。
04
燃料电池双极板的应用
交通工具领域
燃料电池汽车
燃料电池双极板作为核心组件， 为燃料电池汽车提供电力，具有 零排放、高效率和长续航里程等 优点。
氢燃料电池石墨双极板生产及应用(二)
氢燃料电池石墨双极板生产及应用开发方案一、背景随着环保意识的不断提高，氢燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换装置，逐渐受到各国的关注。
其中，石墨双极板作为氢燃料电池中的关键组件，具有优良的导电性能和化学稳定性，被视为理想的燃料电池材料。
然而，当前市场上石墨双极板的生产及应用仍存在诸多瓶颈，亟待开发与优化。
二、工作原理氢燃料电池通过氢气和氧气在电极上的反应产生电能。
石墨双极板作为电池的正负极，可有效地导电并防止氢气和氧气的混合。
通过以下步骤进行工作：1.氢气通过电池的负极板，在催化剂的作用下分解为电子和氢离子。
2.电子通过外部电路传输，为设备提供电能。
3.氢离子通过电解质到达正极板，与氧气反应生成水。
4.氧气通过正极板，与电子和氢离子反应，生成水。
此过程无污染物排放，且只产生水，为环保出行提供了可能性。
三、实施计划步骤1.材料选择与制备：选择高导电性、高化学稳定性的石墨材料作为基底，如天然石墨或人造石墨。
确保材料无杂质，以保证双极板的导电性能。
2.双极板制造：采用精密的制造工艺，如微加工或3D打印技术，将石墨材料加工成具有所需形状和尺寸的双极板。
在此过程中，需要确保石墨板的平整度、光洁度和导电性能。
3.表面处理：为了提高双极板的催化活性，需要在其表面涂覆一层催化剂，如铂或钯等贵金属。
同时，为提高双极板的抗腐蚀性，可对其进行表面涂层处理。
4.装配与测试：将制作好的石墨双极板与其他燃料电池组件进行装配，然后进行电池性能测试。
这包括电流、电压、内阻等方面的测试。
5.优化与量产：根据测试结果，对双极板或其他组件进行调整和优化，确保其性能达到最佳。
随后，可实现规模化生产，降低单位成本。
四、适用范围此方案适用于各种使用氢燃料电池的场景，如汽车、火车、船舶、便携式电源设备等。
特别是对于高效率和长寿命要求的设备，石墨双极板具有显著的优势。
此外，由于其环保特性，也可广泛应用于电力、工业和住宅部门。
五、创新要点1.使用石墨材料：与传统的金属双极板相比，石墨双极板具有更高的导电性和化学稳定性，使其成为氢燃料电池的理想材料。
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述-燃料电池论文
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述摘要: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。
双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件, 其质量占电池堆60%以上。
流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。
系统地综述了现有的流道设计, 剖析了流道的功能及其对电池性能的影响, 并在此基础上讨论了流道设计的设计要点。
关键词: 质子交换膜燃料电池；双极板；流道设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源【1】。
双极板是 PEMFC 的重要部件, 其两面都有加工出的流道,起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。
实际上, 燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。
据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50%左右。
流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水, 从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
流场的设计要满足以下几个方面的条件:(1)流场设计的基本原则是保证在一定的反应剂供应量情况下，电极各处均能获得充足的反应剂。
特别是对十大面积的电极尤为重要，电极工作面积放大过程中流场设计不合理往往是造成电池性能下降的主要原因之一。
(2)依据电极与双极板材料的导电特性，流场沟槽的面积应有一个最优值。
沟槽面积和电极总面积之比一般称为双极板的开孔率，其值应在40%～75%之间。
开孔率太高会造成电极与双极板之间的接触电阻过大，增加电池的欧姆极化损失。
(3)由流场结构所决定的反应剂在流场内的流动状态，应有利于反应剂经电极扩散层向催化层反应点的传递，并能促进反应产物的顺利排出。
(4)在一定的流量下，反应剂通过流场的压力降要适中，一般为千帕的数量级。
压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小则不利于反应剂在并联的多个单节电池间的分配。
燃料电池双极板流场研究现状与分析
燃料电池双极板流场研究现状与分析摘要：燃料电池对于解决环境污染、能源危机具有十分重要的意义。
本文首先介绍了几种比较常见的燃料电池双极板类型，简要指出各种类型的不足,以期对流场板及电堆的设计起到参考作用；最后分析了最新流道研究进展，旨在为进一步的后续工作有所启示和帮助。
关键词：膜燃料电池；双极板；流道；进展1直通道流道直通道流道是一种适应于低压燃料电池的流道，结构简单且易加工，由于流道短的特点，反应气存留在流道的时间也短，不利于反应气到达催化剂层发生电化学反应，在阴极产生的水因不能顺利排出极易出现“水堵”，图1为直通道流道示意图。
图1 直通道流道板2蛇形流道如图2所示为蛇形流道，其优点主要体现在反应气流量大和流道长，有利于反应气渗透到催化层，又因其流速大的特点，产生的水易排出。
缺点主要有气体压降大，不利于催化剂的充分利用和气体分布的均匀性。
图2 蛇形流道3交指型流道交指形流道结构（图3）通过强制对流，迫使氢气、氧气和水蒸气达到扩散层。
并且，在水管理方面也要比其它流道的设计处理的更好。
但是，正因为采用强制对流的方法，导致了非常明显的压降损耗。
图 3 交指型流道4变截面直流道图4是两种变截面直通流道，图4（b）是图4（a）的一种优化改进流道。
这两种流道分别从宽度和深度交替变化，是反应气体在流动过程中更流畅。
但是这也极大地增加了加工的难度，提高了加工成本。
（a）变截面流道基本结构（b）优化后结构图4 流道截面循环变化型流道5新型流道除了最常见的直通道、蛇形、交指型等流场，点状流场和网状流场也有部分研究，还有不断开发的新型流场如基于仿生学的仿生流场、螺旋流场等。
2014 年末，日本丰田推出燃料电池车“MIRAI”，同时也出现了一种新的流场板设计，即创新型的阴极流场——三维细网格结构流场，其结构如图所示。
（a）（b）图5三维细网格结构流场结论通过对以上各种流道形状以及优劣点的分析和研究，每种流道都具有其他流道所不能比拟的长处，现目前的流道，没有哪一种流道能够涵盖所有流道的优点。
燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法
燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法随着能源的日益紧缺和环境污染的加剧，新能源技术备受关注。
燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换技术，逐渐成为新能源领域中备受期待的技术之一。
在燃料电池中，双极板流场结构是一个关键组成部分，其影响着燃料电池的性能和效率。
本文将详细探讨燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法。
一、燃料电池双极板流场结构1.1 双极板流场的定义和作用双极板流场指的是位于燃料电池中的双极板之间的空间，用于引导燃料和氧气在电化学反应中的传输。
其主要作用是增加燃料电池的反应效率，促进燃料和氧气的接触，并减少压降。
1.2 双极板流场结构的种类根据形状和排列方式的不同，双极板流场结构可以分为直流场、曲折流场、层流场等多种类型。
直流场是最简单的结构，按照直线排列；曲折流场则形成了多条弯曲通道，能增加接触面积；层流场是一种平行排列的结构，利用了高速气流的旋转来增强流体的混合。
1.3 双极板流场结构的优化设计在设计双极板流场结构时，需要考虑燃料电池的工作压力、流量、传质效率等因素。
通过数值模拟和实验研究，可以对双极板流场结构进行优化设计，以提高燃料电池的性能和效率。
2.1 双极板流场结构的制作方法制作双极板流场的常用方法是加工或压制，可以使用金属、塑料等材料。
首先，根据燃料电池的设计要求，使用CAD软件进行三维设计或制作模具。
然后，根据设计图纸，使用机械加工工艺将材料加工成所需的形状和尺寸。
最后，通过焊接、粘接等方式将双极板流场与其他组件连接，并进行密封处理。
2.2 双极板流场的材料选择双极板流场的材料选择应考虑电导性、耐腐蚀性和成本等因素。
目前常用的材料包括金属材料（如不锈钢、钛合金）、高温聚合物材料（如PEEK、PTFE）等。
不同材料具有不同的特点，需要根据实际需求进行选择。
2.3 双极板流场结构的制作工艺双极板流场的制作工艺包括模具制作、材料加工、组装等过程。
在模具制作过程中，需要精确控制模具的尺寸和表面光洁度。
燃料电池 双极板 尺寸
燃料电池双极板尺寸
燃料电池的双极板尺寸可以根据具体的应用需求而有所差异。
双极板是燃料电池中的关键组件之一，常用于电化学反应的催化剂载体和电子导体。
其尺寸通常由以下几个因素决定：
1. 电池功率要求：双极板的尺寸需要满足燃料电池所需的电能输出。
较大的双极板可以提供更大的活性表面积和电流传输能力，从而增加电池的功率。
2. 燃料电池类型：不同类型的燃料电池（如质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等）对双极板的尺寸有不同的要求。
例如，质子交换膜燃料电池通常使用较薄的双极板，以实现更高的质子导通速率。
3. 压力和流量要求：双极板需要承受燃料和氧化剂的流动压力，并保证适当的气体通道。
因此，尺寸必须足够强度，同时保持合适的孔隙度和导流性能。
总之，燃料电池双极板的尺寸是一个综合考虑多个因素的技术问题。
在实际应用中，通过工程设计和优化来确定最佳尺寸，以满足燃料电池性能和可靠性要求。
质子交换膜燃料电池铜基改性双极板研究
质子交换膜燃料电池铜基改性双极板研究摘要：质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新兴的绿色能源技术，其具有高效、环保、可靠、噪音低等优点，因而被广泛关注。
铜基双极板作为PEMFC中关键的材料之一，对燃料电池的性能表现有着重要的影响。
本文针对铜基双极板的性能进行改性研究，以提高其导电性、耐腐蚀性等能力，从而提高PEMFC的性能。
通过添加不同比例的导电性添加剂，利用电化学分析技术、表面分析技术等手段，研究不同材料对铜基双极板的影响，通过实验发现添加适量的碳纳米管和金属氧化物等添加剂，铜基双极板的性能得到了显著提高。
关键词：质子交换膜燃料电池；铜基双极板；改性；导电性；耐腐蚀性。
Abstract:The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is an emerging green energy technology, which has the advantages of high efficiency, environmental protection, reliability, low noise, etc., and thus has been widely concerned. Copper-basedbipolar plates, as one of the key materials in PEMFC, have important influence on the performance of fuel cells. In this paper, the performance of copper-based bipolar plates was studied by modification, in order to improve its conductivity, corrosion resistance and other capabilities, and thus improve the performance of PEMFC. By adding different proportions ofconductive additives, using electrochemical analysis technology, surface analysis technology and other means, the influence of different materials on copper-based bipolarplates was studied. It was found that adding proper amount of carbon nanotubes and metal oxides and other additives could significantly improve the performance of copper-based bipolar plates.Keywords: Proton exchange membrane fuel cell; Copper-based bipolar plate; Modification; Conductivity; Corrosion resistance.1. 引言在全球环保和能源危机的情况下，寻找一种新型的可再生绿色能源已经成为全球各国的共同目标。
氢燃料电池石墨双极板生产及应用(一)
氢燃料电池石墨双极板生产及应用开发方案一、实施背景随着全球对可再生能源和环保的关注度不断提高，氢燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换装置受到了广泛关注。
其中，石墨双极板作为氢燃料电池中的重要组成部分，具有较高的导电性能、耐腐蚀性和热稳定性，成为了当下研究的热点。
近年来，我国政府也出台了一系列政策，鼓励发展新能源产业，特别是氢燃料电池领域的研发和应用。
因此，本方案旨在通过改革产业结构，推动氢燃料电池石墨双极板的研发和生产，为我国新能源产业的发展做出贡献。
二、工作原理氢燃料电池是一种将氢气和氧气通过电化学反应转化为电能和水的装置。
其中，石墨双极板作为电池的重要组成部分，主要起到收集电流、引导气体流路和散热的作用。
具体来说，当氢气和氧气分别通过电池的阳极和阴极时，在催化剂的作用下，氢气中的电子被释放出来，通过导线传输到阳极，与氧气结合生成水。
同时，电子的缺失使得阳极表面形成负电位，吸引带正电的氢离子向阳极移动。
这一过程不断循环进行，产生电能的同时，也生成了水。
三、实施计划步骤1.资源整合：首先需要整合相关资源，包括资金、技术、人才等。
通过与高校、研究机构合作，引进先进技术，培养专业人才。
2.实验室研究：在资源整合的基础上，开展实验室研究，探索石墨双极板的最佳制备方法和性能优化。
3.中试阶段：将实验室研究成果应用于中试生产，进一步优化生产工艺，提高产品质量。
4.产业化推广：经过中试阶段的验证后，开始进行产业化推广，与相关企业合作，将技术转化为生产力。
5.市场开拓：针对不同应用领域和市场，制定相应的营销策略，开拓市场份额。
四、适用范围本方案适用于氢燃料电池的生产和应用领域，主要涉及以下几个方面：1.新能源公交车：利用氢燃料电池作为动力源，为公交车提供清洁、可再生的能源。
2.储能系统：将氢燃料电池与可再生能源（如太阳能、风能）相结合，构建储能系统，实现能源的储存和释放。
3.航空航天领域：在航空航天领域，氢燃料电池可以作为辅助动力源，提供清洁、高效的能源。
双极板密封材料
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双极板是燃料电池的重要组成部分，其主要作用是分隔燃料和氧化剂，同时提供气体通道和电连接。
为了确保燃料电池的正常运行，双极板的密封材料需要具备良好的密封性能、化学稳定性、导电性和机械强度等特性。
目前，常用的双极板密封材料主要包括以下几种：
1. 橡胶材料：橡胶材料具有良好的弹性和密封性能，常用于双极板的密封。
但是，橡胶材料的化学稳定性和导电性较差，容易老化和腐蚀，因此需要定期更换。
2. 聚四氟乙烯（PTFE）材料：PTFE 材料具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性和低摩擦系数，常用于双极板的密封。
但是，PTFE 材料的机械强度较低，容易破裂和变形。
3. 导电橡胶材料：导电橡胶材料是一种新型的密封材料，它具有良好的密封性能和导电性，常用于双极板的密封。
但是，导电橡胶材料的成本较高，目前还没有得到广泛应用。
4. 复合材料：复合材料是一种由多种材料组成的新型材料，它具有良好的综合性能，常用于双极板的密封。
复合材料可以根据具体的应用需求进行设计和制备，具有较大的灵活性和适应性。
总之，双极板密封材料的选择需要考虑多种因素，如密封性能、化学稳定性、导电性和机械强度等。
在实际应用中，需要根据具体的情况选择合适的密封材料，以确保燃料电池的正常运行。
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述-燃料电池论文
PEM燃料电池双极板流道结构及设计要点之综述摘要: 质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。
双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件, 其质量占电池堆60%以上。
流场板上的流道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。
系统地综述了现有的流道设计, 剖析了流道的功能及其对电池性能的影响, 并在此基础上讨论了流道设计的设计要点。
关键词: 质子交换膜燃料电池；双极板；流道设计质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、高比能量、低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源【1】。
双极板是 PEMFC 的重要部件, 其两面都有加工出的流道,起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。
实际上, 燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。
据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50%左右。
流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水, 从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
流场的设计要满足以下几个方面的条件:(1)流场设计的基本原则是保证在一定的反应剂供应量情况下，电极各处均能获得充足的反应剂。
特别是对十大面积的电极尤为重要，电极工作面积放大过程中流场设计不合理往往是造成电池性能下降的主要原因之一。
(2)依据电极与双极板材料的导电特性，流场沟槽的面积应有一个最优值。
沟槽面积和电极总面积之比一般称为双极板的开孔率，其值应在40%～75%之间。
开孔率太高会造成电极与双极板之间的接触电阻过大，增加电池的欧姆极化损失。
(3)由流场结构所决定的反应剂在流场内的流动状态，应有利于反应剂经电极扩散层向催化层反应点的传递，并能促进反应产物的顺利排出。
(4)在一定的流量下，反应剂通过流场的压力降要适中，一般为千帕的数量级。
压力降太大会造成过高的动力损失，压力降太小则不利于反应剂在并联的多个单节电池间的分配。
干货燃料电池双极板材料及制备
干货燃料电池双极板材料及制备摘要质子交换膜燃料电池的发展显示出了它成为清洁、高效和可靠电源的潜力。
双极板作为PEM⁃FC的关键部件之一，具有提供电气连接、输送反应气体、消散反应热、去除副产物的作用，但也是制约PEMFC 成本的主要因素之一。
根据双极板材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板，本文综述了双极板材料及其制备工艺。
其中，金属双极板因其优异的机械和物理性能，与无孔石墨及复合材料相比具有较强的成本优势，在乘用车应用中备受关注，但其制造工艺和耐腐蚀性是金属双极板的主要关注点。
未来，开发出优良的耐蚀性和导电性涂层或新型的双极板金属材料将极大地促进PEMFC在乘用车领域的应用。
为了缓解由化石燃料燃烧导致的环境污染和温室效应的问题，急需新型清洁能源的开发。
其中，氢能被认为是最适合的能源来源，而以氢能作为能源的质子交换膜燃料电池由于其效率高、零排放以及工作温度低的优势成为最有潜力的能量装换装置。
但由于PEMFC耐久性及成本方面的制约，还未能实现大规模商业化应用，其中双极板是PEMFC中的关键部件之一。
一般情况下，双极板占电堆总质量的80%以上，占总成本约30%，而电堆体积基本是由双极板占据。
归纳了双极板在燃料电池结构上具有的6个基本功能：（1）、分离各个电池；（2）、输送反应气体；（3）、提供电气连接；（4）、去除水副产物；（5）、消散反应热；（6）、承受夹紧力。
为适应以上功能，美国能源部给出的2020 年和2025年双极板的特性指标如表1所示。
目前，从燃料电池技术团队路线图报告来看，双极板的成本为5.4美元/kW，远远高于美国能源部2025年的目标(2.0美元/kW)，因此，双极板材料价格必须更低廉，并且具有高的电导率和导热性，低的接触电阻和良好的耐腐蚀性。
双极板根据材料的不同可以分为金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板，表2列出了不同材料双极板的优势与劣势，石墨双极板是目前国内PEMFC最常用的双极板材料，但由于金属双极板在大规模批量生产的时候，其生产成本会极大程度降低，且大功率电堆体积相对石墨板电堆小得多，所以受到越来越多的关注。
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Surface Treatments and Coatings
• There are a limited number of materials exhibiting a combination of high corrosion resistance and low interfacial contact resistance for use in PEM fuel cells. Furthermore, many of these metals are rare and prohibitively expensive. As a result, the search for surface treatments of inexpensive and widely available metals that are capable of enhancing their performance in fuel cell environments is well established and underway. • One of the promising techniques in surface treatment of austenitic stainless steels is carburization. • Another promising surface treatment technique is the utilization of highly conductive and corrosion resistant coatings.
• Chromium-Containing Films. • Chromium nitride • Noble and Nonnoble Metal Coatings • Cost and rare Fabrication of Metallic Bipolar Plates • stamping and hydroforming
• 优点：良好的导电导热性，耐腐蚀性 • 缺点：强度，气密性（上海交通大学燃料电池研究所采用真空加 压的方式,以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,减少了制造过程中的 气孔）
常见材料——composite material
• 优点：理化性质优秀 • 缺点：成本高，技术要求高，应用水平有待提高
常见材料——metallic meterial
总结——关于双极板的学习
• 聚焦：1，材料 2.结构 • 材料：金属为主流，复合材料潜力巨大
• 结构（流道）：3D精微设计，达到一个反应更加充分的效果
• 工艺：应力等等的问题
问题聚焦——metallic bipolar plates
• 多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。——mirai
• 串联key——双极板
双极板
• 燃料电池发动机由大量相同的电池元件组成，每个电池元件由一 块双极板和一层催化剂镀膜总成，构成阴阳电极。双极板是燃料 电池堆中重要的性能元件，它负责把燃料和空气分配到两个电极 表面以及电池堆散热。因此，每个双极板都必须包括一个外部的 流动管道负责气体分配，和另一个独立的内部冷冻剂通道。每个 双极板还必须有稳固的密封措施，这样发动机堆中发动机液可以 分开控制。最后还必须要有一个导体表面或涂层使电阻损失最小 化。
双极板在燃料电池中的作用
• 分离氧化剂与还原剂 • 收集电流
• 气体反应场所
双极板需解决的问题
• 充分反应 • 化学性能（抗腐蚀，最好能促反应）
• 机械性能（主要是刚性，导电性，导热性和密度，导热性最好能 控制其保持在相对稳定的高效率状态下） • 成本
常见材料——Graphite Bipolar Plates
• Due to its low cost and favourable physical and chemical properties, stainless steel has become the primary candidate for bipolar plate construction. The formation of a passive oxide layer protects the plate from corrosion, but leads to higher interfacial contact resistance
基于丰田mirai燃料电池双极 板调研对燃料电池结构（双极 板为主）学习反馈
符策煌 2015.3.20 参考资料：美国专利库US8785080B2，谷歌学术A Review of Metallic Bipolar Plates for Proton Exchange Membrane Fuel Cells : Materials and Fabrication Methods
Mirai简介
• Mirai使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位于车身后半 部分的高压储氢罐中。Mirai所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的 高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。液态 氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加 注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要3-5分 钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。 减压后的液态氢进入位于乘员舱下方的燃料电池重，氢原子在燃 料电池阴极上的反应，释放电子从而产生电能。多个燃料电池的 串联使得输出电压达到使用的标准。
• 优点：机械性能优异，成本低，来源广，能提供较大的动力密度
• 缺点：抗腐蚀性不佳
动力密度
• 金属双极板由于在同类技术中可以提供最好的动力密度，因此在 汽车应用中是作为首选的。这使得汽车制造商能够使用一台紧凑、 轻量且更易装进车里的发动机就可获取巨大的推动力。
抗腐蚀，高生产率，机械性能优异
• Metals, such as titanium and stainless steels, exhibit excellent mechanical properties and have very low gas permeation rates. They are also suitable for mass production with low scrap rates and are stable in a PEM fuel cell environment where low pH values are common