氢氧燃料电池双极板种类、优缺点和设计要求解读.ppt

氢氧燃料电池双极板种类、优缺点和设计要求 * 制作繁琐 1）导电效果较差 2）机械性质差，组装不易 结合了石墨板和金属板的优点 1）用射出成型，制造快 2）重量轻 3）抗蚀性佳 多层复合型：以薄金属为分隔板，有孔薄碳板为流场板，以极薄导电胶粘合 复合材料型：热塑或热固性树脂料混合石墨粉、增强纤维等形成预制料，并固化、石墨化后成型 复合板 1）单位密度高，较重 2）易发生腐蚀，需要表面改性 1）良好的电、热导体 2）机械型质佳，强度高 3）阻气性好 3）无孔性 不锈钢、钛合金、铝合金等直接加工而成 金属板 1）脆性物质，易造成组装难度，厚度不易做薄 2）一般烧结成多孔性板，需添加添加物 3）石墨化时间长，机械加工难，价格昂贵 1）质轻 2）耐蚀性好 3）导电佳 利用碳粉或石墨粉 混合可石墨化树脂 制备 石墨板 缺点 优点 一般制法 氢氧燃料电池双极板种类 双极板种类 石墨板 表面保护的金属双极板 复合双极板 基底材料： 铝 不锈钢 钛 镍 表面保护层材料： 碳基： 石墨 导电聚合物 类金刚石碳膜 金属基： 贵金属 金属碳化物 金属氮化物 多层复合型 分隔板： 不锈钢 铝 复合材料型 树脂： 热塑性树脂（聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等） 热固性树脂（环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、乙烯酯等） 填料： 碳粉/石墨粉 炭黑 碳化石墨 增强纤维： 碳纤维/石墨纤维 纤维素纤维 棉绒 流场板： 石墨粉/碳粉与聚合物/树脂混合压制成流场板，通过一定工艺与金属底板结合 无孔石墨板 （最常用） 膨胀石墨板 柔性石墨板 双极板材料需要有高的导电性、高的导热性、良好的化学稳定性、低透气性和良好的力学性能，具体的设计要求如下： 材料+制造US $0.0045 cm-2 成本 良好的导热性 导热性 0.05mm 公差 50um 表面粗糙度 体积1 L/kw，重量1kw/kg (交通工具用） 电堆能量密度 良好的强度和弹性，允许双极板制作较薄 抗压强度1.54kg/cm2 机械性质 最大平均气体透过率2.0*10-6cm3/s cm2 （△P=2atm） 气密性 0.01Ωcm2 电阻率 5g/cm3 材料密度 腐蚀电流密度0.016mA/cm2 耐腐蚀性 运行过程中阳极不能产生干扰性氢化物层，阴极不能发生钝化 化学兼容性 要求 设计标准 实验室双极板性能考察的几项重要内容： 1）抗腐蚀性：确保电池寿命 2）导电性：确保电池性能 3）机械性质：确保组装时稳定性 4）气密性：避免气体经由双极板扩散，造成内燃烧或材料浪费 抗腐蚀性测试 腐蚀电流密度corrosion current density 　　单位面积的双极板材料在燃料电池运行环境中，在腐蚀电位下由于化学或电化学作用引起的破坏产生的电流值，单位为μA/cm2. 双极板特性测试方法（摘自GB/T 20042.6-2011） 接触电阻interfacial contact resistance 两种材料之间的接触部分产生的电阻，单位是mΩ·cm2。 （注：双极板的接触电阻主要指双极板与炭纸之间的接触电阻） 体电阻率bulk resistance 双极板材料本体的电阻率值，单位是mΩ·cm。 电阻率测试： 双极板特性测试方法（摘自GB/T 20042.6-2011） *