各類雙極板的優劣勢對比分析

雙極板是 PEMFC 的重要組成部分,雙極板的質量佔燃料電池堆的60~80%,成本佔20~40%,並且幾乎佔據了整個燃料電池堆的全部體積。

各類雙極板的優劣勢對比分析

根據材料不同,目前,雙極板主要分為

石墨雙極板、金屬雙極板以及複合材料雙極板。

各類雙極板的優劣勢對比分析

雙極板圖示

三種類型的雙極板各有優缺點的,其詳細對比如下表所示。

各類雙極板優劣勢對比

各類雙極板的優劣勢對比分析

總得來說,石墨雙極板的導電和導熱性都比較好,尤其是具有較高的耐腐蝕性和耐久效能,但其劣勢也同樣明顯,比如說加工難度高,成本高,週期長,體積大,小批次生產加工還好,目前難以滿足大批次生產的要求,但在目前燃料電池汽車尚處於示範運營階段,批次化的缺點體現的還不明顯。當燃料電池汽車開始走量的時候,石墨雙極板的短板就會愈發凸顯。

各類雙極板的優劣勢對比分析

石墨雙極板圖示

金屬雙極板的優勢在於,其阻氣性比較高,而相比之下石墨本身是多孔結構,在加工時還要用特定的工藝將孔堵住,即便如此也難以保證石墨雙極板最終的阻氣行。並且,金屬雙極板的加工難度比較低,能夠做到超薄,因而與石墨雙極板相比,金屬雙極板的體積較小,除此之外,金屬雙極板還能滿足批次化的生產需求。但金屬雙極板也有其明顯的不足之處,那就是耐腐蝕性比較差。因此,目前金屬雙極板的研究重點就在於如何提高塗層質量和耐腐蝕性,從而提升金屬雙極板的耐腐蝕性。

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金屬雙極板圖示

複合材料雙極板集合了石墨雙極板和金屬雙極板的優點,但目前市場上覆合石墨板電堆較少,主要由於其成本高,工藝複雜。

各類雙極板的優劣勢對比分析

下圖整理了部分國內外製造商的車用PEMFC電堆的體積功率密度及其雙極板型別。根據適用的車型和功率不同,可將PEMFC電堆分為高功率、中功率、低功率3類。

各類雙極板的優劣勢對比分析

部分車用PEMFC電堆的體積功率密度及其雙極板型別

上圖中的大部分電堆都可以實現美國能源部(DOE)2020 年的目標即2。25 kW/L,少數不能達到目標的是較早期的產品。金屬雙極板因其在超薄狀態下的成形效能優於其他材料,在高功率電堆中得到了廣泛應用,而石墨雙極板和複合雙極板一般用於中、低功率電堆中。

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