石墨雙極板與金屬雙極板有什么區(qū)別，這篇文章告訴你！

燃料電池有“八大件”，分別是電堆、膜電極、雙極板、質(zhì)子交換膜、催化劑、碳紙、空氣壓縮機(jī)以及氫氣循環(huán)系統(tǒng)組成。在這八個(gè)核心零部件中，雙極板設(shè)計(jì)開發(fā)備受關(guān)注。

雙極板（Bipolar plates,BP）又稱“隔板”，具有隔離與分配氧化劑和燃料、傳導(dǎo)電流、支撐膜電極、調(diào)節(jié)電堆內(nèi)部溫度等作用，雙極板的導(dǎo)電、抗彎強(qiáng)度、耐腐蝕等性能對(duì)電堆性能表現(xiàn)有重要影響。雙極板就像是“血管+骨架”，支撐氫燃料電池的運(yùn)行功率、壽命和成本。

目前，業(yè)界依據(jù)基體材料分為石墨雙極板、金屬雙極板和復(fù)合雙極板三類。目前，復(fù)合雙極板技術(shù)尚不成熟，制備成本高昂，市場(chǎng)應(yīng)用主流的還是石墨雙極板與金屬雙極板，這兩種雙極板有什么區(qū)別呢？

1、制造工藝不同

金屬板材經(jīng)過沖壓成型，形成帶流道的金屬雙極板，非常適合大規(guī)模自動(dòng)生產(chǎn)，金屬雙極板的工藝效率高。比如有些金屬雙極板就使用316/304不銹鋼材料，原料成本較低，機(jī)械性能優(yōu)良，可以快速批量化生產(chǎn)。

此外，金屬雙極板這種易于加工的機(jī)械性能可以實(shí)現(xiàn)雙極板“極薄化”設(shè)計(jì)，可以做到1mm以下的纖薄程度，順應(yīng)了空冷電堆的“輕量化”的技術(shù)趨勢(shì)，可以在體積更緊湊的無(wú)人機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)中集成使用。

石墨雙極板的制造工藝比較復(fù)雜，要把原材料加工碳素材料，高密度石墨混合在高溫高壓下“石墨化”，經(jīng)過一系列機(jī)械加工形成氣體流道的石墨雙極。由于石墨較脆的特點(diǎn)，對(duì)雙極板厚度有要求，對(duì)工藝精度要求非常嚴(yán)格，制備難度與成本比較高。

2、導(dǎo)電性能不同

金屬雙極板的導(dǎo)電性能要優(yōu)于石墨雙極板，這是由金屬雙極板的物理性質(zhì)所決定的。金屬本身就具備良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，不銹鋼、鋁、鈦等材料都可以用于金屬雙極板材料。

美國(guó)能源部（DOE）在2025年的報(bào)告中提到車用燃料電池雙極板長(zhǎng)期目標(biāo)：界面接觸電阻＜10 mΩ·cm2，電導(dǎo)率＞100 S·cm-1 。不銹鋼的電導(dǎo)率可以達(dá)到106 S/m級(jí)別，燃料電池石墨電導(dǎo)率通常是104  ~ 105 S/m 量級(jí)。

3、耐用表現(xiàn)不同

石墨金屬板采用碳材料，具有較高的耐腐蝕性。金屬雙極板耐腐蝕性不如石墨金屬板，在苛刻環(huán)境下容易受到環(huán)境腐蝕，產(chǎn)生的金屬離子沉淀會(huì)污染催化劑，導(dǎo)致電堆性能下降。

通過金屬雙極板表面制備導(dǎo)電耐腐蝕圖層，可以顯著提升金屬雙極板的耐用性能，實(shí)現(xiàn)材料成本、使用壽命、導(dǎo)電性能的三者均衡。

俗話說(shuō)“尺有所長(zhǎng)，寸有所短”，世界上沒有十全十美的物質(zhì)，構(gòu)成了豐富多元的技術(shù)生態(tài)。這就要求我們必須辯證地看待金屬雙極板和石墨雙極板，不存在“孰優(yōu)孰劣”，只有誰(shuí)更合適。依據(jù)不同的使用場(chǎng)景，來(lái)選用對(duì)應(yīng)的雙極板電堆。

比如氫燃料電池?zé)o人機(jī)可以用更加輕盈纖薄的金屬雙極板，獲得更出色的續(xù)航體驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)箱式的氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)則可以使用石墨雙極板，滿足復(fù)雜的溫濕度變化環(huán)境，獲得更耐久的體驗(yàn)。