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燃料电池双极板研究进展调研报告

1.国内外现状

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)可以将氢能直接转化为电能，被认为是下一

代汽车，固定式和便携式应用中最具前景的新能源系统。PEMFCs具有启动快，

工作温度相对较低，对各种环境能够快速响应，无污染和高能效等优点。一个

PEMFC电堆通常由双极板(BPPs)，膜电极组件(MEAs)，密封垫和端板组成。在

这些组件中，BPPs约占电堆重量的80%，几乎全部的电堆体积，以及约18-28%

的电堆成本。此外，BPPs在PEMFC电堆中具有至关重要的作用，如传导电子，

分配化学燃料，分隔单个电池，支撑薄而机械强度较弱的MEAs，以及促进电池

内部的水管理。因此，BPPs必须满足可加工性，耐电化学腐蚀，界面导电性和

成本效益等要求。

目前常用的双极板包括石墨材料、石墨复合材料、金属材料，这三种双极板

材料均具有良好的导电性，但针对不同的应用场景要有一些特殊考虑。纯石墨双

极板导电性好，但通常要机械雕刻出流道，加工效率低、成本高，是第一代双极

板技术，已逐渐被取代。石墨复合材料通常是采用碳粉与树脂等组分按一定比例

混合制成的，可以通过模压方法加工流场，具有良好的经济性；但树脂等非导电

性物质的加入会在一定程度上影响导电性，尤其是在大电流密度下表现明显，不

利于提高功率密度；因此，石墨复合材料要在保证双极板的致密性、可加工性基

础上尽可能提高导电性。

金属是电与热的良导体，其作为双极板材料得到越来越普遍的应用，尤其是

车辆空间限制(如乘用车)，要求燃料电池具有较高的功率密度。薄金属双极板以

其可以实现双极板的薄型化及本征的优良导电特性，成为了提高燃料电池功率密

度的首选方案；目前各大汽车公司大都采用金属双极板技术，如丰田汽车公司、

本田株式会社、现代汽车有限公司等。金属双极板技术挑战是其在燃料电池环境

下(酸性、电位、湿热)具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染

性。目前常用的金属双极板材料是带有表面涂层的不锈钢或钛材。

高工产研氢电研究所(GGII)调研数据显示，2019年中国氢燃料电池双极板市

场规模为2.85亿元，同比增长14.00%，主要受电堆出货量增长带动。2019年，

石墨(含复合)双极板市场占比为78%，较2018年下降6%，主要受国内金属双极

板和金属双极板电堆生产主体增多，金属双极板电堆出货量增长影响。但目前，

金属双极板市场占比较小，主要是因为国内金属双极板技术尚处于研发期，技术

成熟度较石墨双极板低。

对于石墨双极板，国内供应商主要采用CNC加工，2019年CNC加工的石

墨双极板市场占比为93%。而电堆厂商石墨双极板生产工艺多为模压。

对于金属双极板，2019年国内金属双极板生产企业按照公司业务类型可以

分为三大类，分别为：

①金属双极板定制化全线生产商，如上海治臻、上海佑戈，其金属双极板生

产能力包含冲压、清洗、焊接、涂层涂覆；

①金属双极板冲压或涂层涂覆代加工供应商，如三维精密、常州翊迈、福宜

氢能等，其金属双极板生产环节仅包括冲压或者涂层涂覆中的一个环节；

①金属板电堆供应商自产金属双极板，代表性企业有：爱德曼、新研氢能、

明天氢能、国电投氢能等。

本调研报告将简要概述PEMFCs双极板材料，生产工艺和流场设计。另外，

还将总结几种改善金属双极板耐腐蚀性的涂层材料。最后，将对具有不同双极板

材料的PEMFC应用进行简要介绍。

2.石墨双极板

当前市场中燃料电池系统的应用主要以商用车辆为主，其中的核心部件燃料

电池电堆以石墨极板电堆为主，从未来的发展来看石墨双极板仍然会长时间占有

商用车市场的较大份额。

2.1.原材料

不同厂家制作石墨极板的工艺不尽相同，其主要材料包括石墨材料、树脂浸

渗材料、固化材料等等，根据不同的石墨板工艺，原材料选材的类型、材质、规

格和牌号有很大的区别。根据不同的工艺需求石墨可以制作为粉末、卷材、板材

和乳液，但其原材料主要分为三类：

石墨粉：化学反应很灵敏的物质，在不同的环境里面他的电阻率都会变，取

决于石墨粉在绝缘的物体里面是否能够保证石墨粉不间断。耐高温性、化学稳定

性、可塑性和抗热塑性都很好。

膨胀石墨：由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松

多孔的蠕虫状物质。除了具备天然石墨本身优良性能以外，还具有天然石墨所没

有的柔软、压缩回弹