石墨雙極板與金屬雙極板的區(qū)別有哪些

近年來，氫燃料電池以其能量轉化率高、低排放、能量和功率密度高等優(yōu)點被認為是適應未來能源和環(huán)境要求的理想動力源之一。雙極板作為其重要組成部分，在燃料電池工作過程中，起到了分配氣體、導電、導熱、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產業(yè)化的重要課題。

目前業(yè)內雙極板類型分為石墨雙極板、金屬雙極板、復合雙極板等，目前石墨雙極板應用較多，金屬雙極板有少量應用。未來到底哪一種會占據(jù)市場主流地位，眾說紛紜，且看下文：

金屬雙極板功率高、成本低、耐抗壓，但抗腐蝕性差，成型工藝困難

自豐田MIRIA問世之后，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，國內亦有不少金屬雙極板制造商嶄露頭角。高工氫電在巡回調研中，深入國內多家金屬雙極板制造商，在了解其技術研發(fā)情況的同時，就目前金屬雙極板的市場發(fā)展與相關企業(yè)進行交流。

金屬雙極板具有優(yōu)異的導電、導熱性能、機械加工性、致密性，以及強度高、阻氣性好等優(yōu)勢，可以為汽車應用提供良好的動力密度、低溫(－40℃)啟動保障，適合大批量低成本生產。考慮到車輛空間限制問題，金屬雙極板被國內外車企，尤其是乘用車企寄予了厚望。

上海治臻總經理藍樹槐博士認為：“就技術角度而言，金屬雙極板的產品一致性及其殘余應力控制尤為關鍵。微觀下金屬雙極板基材的截面上僅有少量個數(shù)的晶體，從尺度上來說屬于介觀尺度微細成形工藝。因此在沖壓成形的過程中，金屬極板上的細密流道的成形主要通過局部拉伸減薄來實現(xiàn)，材料流動非常少，因此材料的破裂和回彈控制困難。在大規(guī)模量產的要求下，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。”

另一個最為業(yè)界人士所探討的，莫過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)境下面臨著腐蝕問題，需要進行表面涂層才能滿足燃料電池長期穩(wěn)定運行的需求。

上海佑戈CEO王永飛表示：“金屬耐腐蝕性能較弱，同時質子交換膜微量降解，生成水的PH值為微弱酸性，會導致金屬雙極板氧電極側氧化膜增厚，降低電池性能。基于這種情況，可采用納米涂層的方式，使其在微觀下組織連續(xù)、致密，且與基體結合良好，從而更好地發(fā)揮金屬雙極板的性能。”

除此之外，在專注于金屬雙極板核心工藝研發(fā)的同時，亦要注重與下游電堆整體的“匹配程度”。

愛德曼CEO龔靖表示：“公司核心研發(fā)團隊發(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計思路。在設計電極板的同時，也要考慮到膜電極的材料選用及設計，從電極板、膜電極、電堆組裝到系統(tǒng)進行垂直設計，才能面面俱到，使其匹配最佳、效率最高。”

然而盡管國內金屬雙極板的技術研發(fā)瓶頸逐漸攻克，但真正制約金屬雙極板產品進一步發(fā)展的是市場限制。眾所周知，我國以商用車為切入點發(fā)展燃料電池，至今成績斐然，但對于金屬雙極板而言，乘用車才是最佳“歸處”。

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

石墨雙極板耐腐蝕性強、導電導熱性好，但氣密性欠佳、成本較高、加工時間長

相較于金屬雙極板，得益于國家政策發(fā)展風向，在國內現(xiàn)已被大規(guī)模應用。

從高工產研氫電研究所(GGII)對全國主要氫燃料電池電堆及系統(tǒng)企業(yè)調研結果來看，中國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，且主要面向商用車領域。在高工氫電巡回過程中，深入走訪了國內多家石墨雙極板企業(yè)，就一系列技術及市場問題進行探討。

正所謂家家有本難念的經，石墨雙極板亦然。即便石墨雙極板目前市場需求量大，但其空隙問題、成本問題以及加工時長問題仍有待完善。

對此，上海弘峻采用特殊真空加壓的方式浸漬石墨雙極板，減少了制造過程中的氣孔問題。通過特殊的浸漬工藝及溶液，對石墨雙極板進行封孔，大大減少孔隙率。在加工工藝上，則主要采用CNC設備及數(shù)控加工設備進行精修、流場設計與雕刻。

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，產品出口至美國、加拿大、意大利、韓國等國家。其超薄石墨雙極板一經問世便引起業(yè)內諸多關注，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受住車輛在實際運行中的震蕩還有待考究。

此外，由于目前多數(shù)企業(yè)采用機械加工方式進行石墨雙極板的生產，導致其加工周期過長。因此，國內亦有企業(yè)通過注塑開模的方式來縮短生產時長，提高產量，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行開模，然而采用這種方式必須對原材料的把控得當，否則容易出現(xiàn)導電率差，強度不到位，容易發(fā)生形變等問題。

縱觀當下石墨雙極板制造商不難發(fā)現(xiàn)，國內目前多數(shù)企業(yè)均以石墨制品發(fā)家，真正進入燃料電池領域時間集中在2006年至2011年之間，之后便乘著市場發(fā)展的東風在市場上占據(jù)一定的份額。

據(jù)了解，石墨雙極板在技術層面及商業(yè)化層面都相對成熟，但如若繼續(xù)采用機械加工的方式，石墨雙極板的成本費用實難降低，不易實現(xiàn)大批量生產。若要降低成本，可從石墨材料進行優(yōu)化，開發(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，當下“石墨雙極板是否會被金屬雙極板所取代”亦是業(yè)內人士熱議的話題之一。

對此，上海弘楓常務副總顧愛平表示：“作為核心零部件的制造商，應當沉下心來進行技術研發(fā)，將核心技術掌握在自己手中。金屬板固然有其優(yōu)勢，但石墨雙極板必定是未來商用車領域的主流。”