石墨雙極板與金屬雙極板的區(qū)別有哪些

近年來(lái)，氫燃料電池以其能量轉(zhuǎn)化率高、低排放、能量和功率密度高等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是適應(yīng)未來(lái)能源和環(huán)境要求的理想動(dòng)力源之一。雙極板作為其重要組成部分，在燃料電池工作過(guò)程中，起到了分配氣體、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、排水等重要作用，尋找性能優(yōu)良且成本低廉的雙極板新材料和加工方法是燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的重要課題。

目前業(yè)內(nèi)雙極板類型分為石墨雙極板、金屬雙極板、復(fù)合雙極板等，目前石墨雙極板應(yīng)用較多，金屬雙極板有少量應(yīng)用。未來(lái)到底哪一種會(huì)占據(jù)市場(chǎng)主流地位，眾說(shuō)紛紜，且看下文：

金屬雙極板功率高、成本低、耐抗壓，但抗腐蝕性差，成型工藝?yán)щy

自豐田MIRIA問(wèn)世之后，一股以金屬雙極板電堆為核心的燃料電池浪潮在全球掀起，國(guó)內(nèi)亦有不少金屬雙極板制造商嶄露頭角。高工氫電在巡回調(diào)研中，深入國(guó)內(nèi)多家金屬雙極板制造商，在了解其技術(shù)研發(fā)情況的同時(shí)，就目前金屬雙極板的市場(chǎng)發(fā)展與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行交流。

金屬雙極板具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、機(jī)械加工性、致密性，以及強(qiáng)度高、阻氣性好等優(yōu)勢(shì)，可以為汽車(chē)應(yīng)用提供良好的動(dòng)力密度、低溫(－40℃)啟動(dòng)保障，適合大批量低成本生產(chǎn)?？紤]到車(chē)輛空間限制問(wèn)題，金屬雙極板被國(guó)內(nèi)外車(chē)企，尤其是乘用車(chē)企寄予了厚望。

上海治臻總經(jīng)理藍(lán)樹(shù)槐博士認(rèn)為：“就技術(shù)角度而言，金屬雙極板的產(chǎn)品一致性及其殘余應(yīng)力控制尤為關(guān)鍵。微觀下金屬雙極板基材的截面上僅有少量個(gè)數(shù)的晶體，從尺度上來(lái)說(shuō)屬于介觀尺度微細(xì)成形工藝。因此在沖壓成形的過(guò)程中，金屬極板上的細(xì)密流道的成形主要通過(guò)局部拉伸減薄來(lái)實(shí)現(xiàn)，材料流動(dòng)非常少，因此材料的破裂和回彈控制困難。在大規(guī)模量產(chǎn)的要求下，沖壓成形工藝的公差精度保證和流道成形一致性的控制顯得尤為重要?！?br>
另一個(gè)最為業(yè)界人士所探討的，莫過(guò)于金屬雙極板的表面改性。金屬雙極板在燃料電池工作環(huán)境下面臨著腐蝕問(wèn)題，需要進(jìn)行表面涂層才能滿足燃料電池長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

上海佑戈CEO王永飛表示：“金屬耐腐蝕性能較弱，同時(shí)質(zhì)子交換膜微量降解，生成水的PH值為微弱酸性，會(huì)導(dǎo)致金屬雙極板氧電極側(cè)氧化膜增厚，降低電池性能?；谶@種情況，可采用納米涂層的方式，使其在微觀下組織連續(xù)、致密，且與基體結(jié)合良好，從而更好地發(fā)揮金屬雙極板的性能?！?br>
除此之外，在專注于金屬雙極板核心工藝研發(fā)的同時(shí)，亦要注重與下游電堆整體的“匹配程度”。

愛(ài)德曼CEO龔靖表示：“公司核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，要使燃料電池核心零部件發(fā)揮最大效益，必須形成承上啟下的完整設(shè)計(jì)思路。在設(shè)計(jì)電極板的同時(shí)，也要考慮到膜電極的材料選用及設(shè)計(jì)，從電極板、膜電極、電堆組裝到系統(tǒng)進(jìn)行垂直設(shè)計(jì)，才能面面俱到，使其匹配最佳、效率最高?！?br>
然而盡管?chē)?guó)內(nèi)金屬雙極板的技術(shù)研發(fā)瓶頸逐漸攻克，但真正制約金屬雙極板產(chǎn)品進(jìn)一步發(fā)展的是市場(chǎng)限制。眾所周知，我國(guó)以商用車(chē)為切入點(diǎn)發(fā)展燃料電池，至今成績(jī)斐然，但對(duì)于金屬雙極板而言，乘用車(chē)才是最佳“歸處”。

多家金屬雙極板制造商都曾不約而同的表示，即便自家產(chǎn)品能夠成功受到整車(chē)廠的青睞，但真正能夠裝車(chē)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行的少之又少，又或者運(yùn)行時(shí)間和里程不足以支撐制造商進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而完成產(chǎn)品的升級(jí)迭代。但這并不影響金屬雙極板制造商的信心，多數(shù)企業(yè)仍舊選擇堅(jiān)持曾經(jīng)的“入局初心”，寄希望于行業(yè)未來(lái)能有更好的發(fā)展。

石墨雙極板耐腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，但氣密性欠佳、成本較高、加工時(shí)間長(zhǎng)

相較于金屬雙極板，得益于國(guó)家政策發(fā)展風(fēng)向，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)已被大規(guī)模應(yīng)用。

從高工產(chǎn)研氫電研究所(GGII)對(duì)全國(guó)主要?dú)淙剂想姵仉姸鸭跋到y(tǒng)企業(yè)調(diào)研結(jié)果來(lái)看，中國(guó)氫燃料電池電堆以石墨雙極板為主，單堆額定功率以30kW居多，且主要面向商用車(chē)領(lǐng)域。在高工氫電巡回過(guò)程中，深入走訪了國(guó)內(nèi)多家石墨雙極板企業(yè)，就一系列技術(shù)及市場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行探討。

正所謂家家有本難念的經(jīng)，石墨雙極板亦然。即便石墨雙極板目前市場(chǎng)需求量大，但其空隙問(wèn)題、成本問(wèn)題以及加工時(shí)長(zhǎng)問(wèn)題仍有待完善。

對(duì)此，上海弘峻采用特殊真空加壓的方式浸漬石墨雙極板，減少了制造過(guò)程中的氣孔問(wèn)題。通過(guò)特殊的浸漬工藝及溶液，對(duì)石墨雙極板進(jìn)行封孔，大大減少孔隙率。在加工工藝上，則主要采用CNC設(shè)備及數(shù)控加工設(shè)備進(jìn)行精修、流場(chǎng)設(shè)計(jì)與雕刻。

在體積大小方面，上海弘楓研發(fā)的超薄石墨雙極板大大減少了燃料電池電堆的體積和重量，產(chǎn)品出口至美國(guó)、加拿大、意大利、韓國(guó)等國(guó)家。其超薄石墨雙極板一經(jīng)問(wèn)世便引起業(yè)內(nèi)諸多關(guān)注，但由于石墨雙極板自身“易脆”的特性是有其本身材料所決定的，太薄的石墨雙極板能否經(jīng)受住車(chē)輛在實(shí)際運(yùn)行中的震蕩還有待考究。

此外，由于目前多數(shù)企業(yè)采用機(jī)械加工方式進(jìn)行石墨雙極板的生產(chǎn)，導(dǎo)致其加工周期過(guò)長(zhǎng)。因此，國(guó)內(nèi)亦有企業(yè)通過(guò)注塑開(kāi)模的方式來(lái)縮短生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，提高產(chǎn)量，嘉裕碳素就是其中一家。該公司將特定的粘合劑加入石墨粉中進(jìn)行開(kāi)模，然而采用這種方式必須對(duì)原材料的把控得當(dāng)，否則容易出現(xiàn)導(dǎo)電率差，強(qiáng)度不到位，容易發(fā)生形變等問(wèn)題。

縱觀當(dāng)下石墨雙極板制造商不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)目前多數(shù)企業(yè)均以石墨制品發(fā)家，真正進(jìn)入燃料電池領(lǐng)域時(shí)間集中在2006年至2011年之間，之后便乘著市場(chǎng)發(fā)展的東風(fēng)在市場(chǎng)上占據(jù)一定的份額。

據(jù)了解，石墨雙極板在技術(shù)層面及商業(yè)化層面都相對(duì)成熟，但如若繼續(xù)采用機(jī)械加工的方式，石墨雙極板的成本費(fèi)用實(shí)難降低，不易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。若要降低成本，可從石墨材料進(jìn)行優(yōu)化，開(kāi)發(fā)出性能更優(yōu)、成本更低、可供模壓成型的碳基材料。

與此同時(shí)，當(dāng)下“石墨雙極板是否會(huì)被金屬雙極板所取代”亦是業(yè)內(nèi)人士熱議的話題之一。

對(duì)此，上海弘楓常務(wù)副總顧愛(ài)平表示：“作為核心零部件的制造商，應(yīng)當(dāng)沉下心來(lái)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，將核心技術(shù)掌握在自己手中。金屬板固然有其優(yōu)勢(shì)，但石墨雙極板必定是未來(lái)商用車(chē)領(lǐng)域的主流。”