随着人们环保意识的提高和自然资源的缺乏，质子交换膜燃料电池（PEMFC）越来越受到社会的关注。

与传统能源相比，PEMFC具有效率高、使用寿命长、零排放、低温快速启动等特点，能同时解决节能和环保两个全球性难题，是未来最有前途的能源来源之一。目前PEMFC开发和商业化过程的限制主要是可靠性、耐久性低、费用高。

作为PEMFC的重要组成部分，双极板的质量约占电池组的80%，成本约占38%，几乎占燃料电池组的全部体积，因此其材料的选择与PEMFC电化学性能密切相关，因此双极板材料的研究成为PEMFC研究的热点之一。

一、双极板材料的类型及研究进展

目前，国内外对PEMFC正极板材料的研究主要集中在石墨、金属、聚合物复合材料上。

在国际市场上，欧美和日本的石墨、金属双极板总体较强，美国、英国的复合材料双极板处于世界先进水平，国内石墨双极板比较成熟，个别厂家生产的石墨双极板的一些性能已经达到国际先进水平金属与复合材料双极板在我国研究较晚，技术仍有较大提高空间。

石墨双极板

石墨是最早和使用最多的双极板材料。

双极板的成本、机械性能、透气性、耐腐蚀性、导电性及表面接触电阻等作为双极板的核心指标有着严格的要求，因此石墨双极板原材料的选择及工艺加工技术影响着能否满足最终目标市场的需要。

原材料

石墨可根据不同的技术需要制备粉末、线圈、板材和乳液，其原材料主要分为三大类。

石墨粉：是一种化学反应非常敏感的物质，在不同的环境下，石墨粉能否保证绝缘物中石墨粉不间断，电阻会发生变化。耐高温性、化学稳定性、塑性、耐热塑性优异。

膨胀石墨：天然石墨鳞片通过插通层、水洗、干燥、高温膨胀而得到的疏多孔蠕变状物质。除了具有天然石墨本身的优异性能外，还具有天然石墨所没有的柔软性、压缩排斥性、吸附性、耐放射性等特性。膨胀石墨在高温下瞬间体积膨胀到150~300倍。

鳞片石墨：结晶完整，天然悬浮结晶石墨，其形状与鱼鳞形状相似，属于六方晶系，呈层状结构，薄片薄韧性好，物化性能优良，具有良好的导热性、导电性、耐热振动性、耐腐蚀性等。

制造工序

石墨双极板的生产加工主要分为两种，一种是膨胀石墨复合材料的板材冲压成形技术，另一种是石墨粉末与树脂混合材料的冲压/注塑成形技术。

这里引用加拿大AFCC公司在2017年发布的这两个项目的分析报告。

类别1：膨胀石墨板材在研磨、成型及材料去除后，进入浸水树脂、硫化、粘接及密封硫化工序，最终形成双极板制品。

此过程具有以下特点：

能够很好地满足极板外形、表面的几何轮廓及机械尺寸的要求

由于膨胀石墨材料的连续性，具有高导电性和导热特性。

为了满足所需表面疏水性特性，需要通过工艺和材料的协同处理来解决

采用滚压工艺时，其设计精度和工艺精度有待进一步改进。

合模压力、树脂比率及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键。

类别2：首先制造调色剂和树脂的混合材料，然后对混合材料和模具进行预处理，然后进行压制和硫化，最后进行粘结和密封固化，形成产品。该过程具有以下特点：

能够很好地满足极板外形、表面的几何轮廓及机械尺寸的要求

由于混合颗粒阻断了石墨材料的连续性，因此必须在高电流下进一步提高电导率。

满足需要表面疏水特性需要通过工艺和材料的协同处理来解决

树脂配合率和线型、硫化时间及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键

目前制备石墨双极板的技术基本成熟，但由于石墨的脆性，双极板体积增大，成本增加，石墨逐渐被金属和复合材料取代。