质子交换膜燃料电池双极板的相关简介

有关于质子交换膜燃料电池双极材料

汇报人：化研131班张蒲璇

主要内容

⏹相关摘要

⏹双极板的功能及特性要求

⏹目前双极板的常用材料及优缺点

⏹双极板制备的新工艺、新材料的简介

⏹关于双极板的展望

⏹目前双极板在技术上的瓶颈

➢相关摘要

由于质子交换膜燃料电池（PEMFC）除具有燃料电池的一般特点（如能量转化率高、环境友好等）外，同时具有可在室温快速启动、寿命长、比功率和比能量高等特点，已成为世界各国研究的热点之一。双极板是PEMFC的关键部件，对其体积、重量、性能都具有重要的影响。而目前，国内外有关双极板的研究主要集中在材料和流场设计两方面，尤以材料设计为研究重点。

•双板的功能

双极板是将PEMFC单电池串联起来组成电池对堆的关键部件，分隔氧化剂和还原剂、收集输送电流、使生成的水能顺利的流出、却保电池堆的温度分布均匀。

双极板的功能也就决定了它对材料的要求：

（1）较低的接触电阻和体电阻，提高电池的输出功（2）致密性好，不能透过氢气和氧气

（3）双极板的制备简单且质量轻

（4）由于加工可能在高压下进行，要求材料有足够的强度。

(5)耐腐蚀性强等特点

➢

a.石墨材料

b.金属材料

c.复合材料

最常用的一种材料研究的材料目前重点

●石墨材料较早开发的和利

用的双极板材料，传统的双极板都主要是采用无空石墨板通过机械加工。

●优缺点优点导电性好，接触电阻小，耐腐蚀，重量轻，技术较成熟

缺点透气性和强度较差，很难加工成薄板，加工费用高

应用加拿大Ballard公司

mark500(5kw)、

mark513(10kw)、

mark700(25~30kw)

•金属材料与石墨材料相比，金属材料在导热性，导电性，机械加工性，致密性等方面都有这很大的优势。•优缺点优点强度高，加工性能好，导热性能，导电性能

优良，阻气性好，成

本较低，可循环利用。缺点耐腐蚀性差，薄膜毒

化

应用德国Siemens公司，中

科院大连物化所等

•复合材料是一种集合

了石墨材料和金属材料的优点，性能还是很不错。

•复合材料大体有三大类：以碳为基体的复合双极板;以聚合物为基体的双极板；镶嵌式复合材料

•优缺点优点价格便宜，制造工艺简单，质量轻，抗腐蚀性好

缺点质量大，加工繁琐，成本较高应用美国橡树岭国家实验室，大连物化所等

➢

●中间相碳微球是近年来新兴的一种以碳石墨材料

为前驱的新的制备高性能碳石墨材料的首选原料。

它的外观成球状，由聚合的稠环芳烃、C、H和杂原子构成，其球形晶体具有热塑性。而且它也可以在无形变的情形下石墨化，在转变的同时保持其原形状，不发生融化。现已经被用作高性能锂电池，高性能的双极板材料。

●双极板的凝胶注膜成型工艺

它与传统的碳粉成型工艺相比，此方法为解决碳粉成型和加工难提供了，而且它的优点在于其从浆料到凝胶化的转变速度可控，胚体结构均匀。与模压法和流延法相比用于凝胶注膜成型用的浆料固含量很高，且粘度降低，可以成型形状复杂的胚体，而且有很高的强度。因此它为高性能、低成本、多功能的碳材料制备和应用提供了有力的帮助。

•掺杂催化石墨化烧结工艺

这个工艺主要包括混合、成型、焙烧、石墨化和浸渍等过程，对材料进行石墨化的处理，主要是提高材料的导电导热性，提高材料的热稳定性和化学性。

当然经过科学家的研究表明，在碳复合材料中加入其他的一些催化杂质如：氧化铁;硅；碳化硼等都对材料石墨化有一定的影响。改变了碳材料的抗弯强度，电阻率等。

➢对双极板的展望及瓶颈

目前，现有的研究虽然在材料基本性能方面，材料的表面处理方面进行了许多有意义的工作，现在国内外双极板的研究特别是对石墨双极板的研究已经成为一种商业化的产业。它有着良好的导电性能和耐腐蚀性，但是它的体积很庞大，强度和可加工性能较差；复合板结合了石墨板与金属板的优点，但是由于其加工很繁琐，使得成本增加；金属板具有强度大、易成型、体积小等优点。但其耐腐蚀性较差，仍是商业化的瓶颈。

➢对双极板的展望瓶颈

•现在美国国家实验室正在开发使用树脂/石墨双极板，德国simens公司正在采用薄金属板双极板。都用很不错得效果。而我国各大著名的高校也在进行这方面的研究。

可以看出的是，模压成型的热固性树脂/石墨板，表面

改性的金属板以及成本降低的复合双极板是未来发展的趋势。

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