前一段時間我們發布了一篇關于氫燃料電動汽車前景的文章，我們認為北京冬奧會是氫能源汽車一個很好的應用場景，低溫使用，全周期幾乎沒有碳排放。未來氫燃料電池和鋰電池以及燃油將三分天下。氫燃料電池汽車主要有幾個部分組成，電池系統、驅動電機系統、整車控制系統、輔助儲能系統、車載儲氫系統等。其中今天要介紹的石墨雙極板就屬于燃料電池堆里面重要的部件。
質子交換膜燃料電池堆是由一片片單電池串聯組裝而成的，其中，單電池由陽極板、MEA（膜電極）以及陰極板組成。通常，單電池的使用電壓為0.6~0.85V，在集成燃料電池堆時可根據需要選擇單電池的串聯數量。作為質子交換膜燃料電池堆的重要組件，雙極板的質量占燃料電池堆的60~80%，成本占20~40%，并且幾乎占據了整個燃料電池堆的全部體積。
雙極板在氫燃料電池電堆里面起的作用主要是引流、支撐導電的作用，所以它本身雙極板有一定的性能要求：
- 一方面要求電導率高，因為它承載著需要有一定的機械強度；
- 另外在導流電以外，還要氣密性比較好；
- 還有一個是在使用過程中，因為雙極板環境下需要有一個良好的耐腐蝕性能，需要滿足跟車輛同等的使用壽命；
- 另外在對于我們汽車這一塊應用的話，還有一個比較敏感的就是成本，所以需要極板制造效率高，需要降低它的制造成本。
目前雙極板其實主要可以分為兩大類，一種是金屬極板，一種是石墨極板。石墨現在用得比較多的就是模壓的雙極板。在這一塊目前不同參數的雙極板有各自的優勢，但相應來說也會存在一些缺點，所以這兩種的話可以說是一個相互競爭，也是一個相互補充。
金屬雙極板主要優勢是它的機械強度好，氣密性好，極板可以做得很薄，在功率密度這一塊是很大的優勢，但存在的問題是腐蝕性的問題，導致使用壽命目前是存在一些問題的。
而石墨板的話在導電、導熱，包括耐腐蝕性這一塊、使用壽命這一塊是比較強的，但是目前石墨板的話其實無論是哪一種，目前因為機械強度方面的原因，導致整個雙極板的厚度這一塊是偏厚的，所以我們這個電堆做起來的體積是偏大的。
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金屬 |
石墨 |
復合雙極板 |
| 優勢 |
機械強度好，氣密性好，可以做得薄，功率密度 |
導熱，導電，耐腐蝕 |
耐腐蝕、體積小、重量輕、強度高 ?? |
| 劣勢 |
耐腐蝕，壽命 |
機械強度差，偏厚 |
機械強度差，電導率低，難以大復合材料雙極板? ? |
此外還有一種復合雙極板，其實從嚴格意義來說也算是一種石墨基的雙基板，它的主要成分包括樹脂、導電材料，采用模壓工藝進行成型。石墨雙極板相對來說其實在金屬雙極板和傳統的石墨雙極板之間可以說是做一個性能的平衡，具有比較高的機械強度和比較高的韌性，所以在材料的配套設計，可以帶來這個產品的輕薄，另外氣密性比較好，不過目前生產的廠家少。
氫燃料電池汽車目前以商用車為主，商用車對電池的體積和重量沒有乘用車那么敏感，采用的是石墨雙極板為主。以氫燃料電池商用車使用的石墨雙極板為例，目前市場價為150元一組左右，而一輛搭載了75千瓦電堆的商用車需要的雙極板數量為300組左右，僅雙極板成本就高達4.5萬元左右，整個電堆的成本達十幾萬元。可見石墨雙極板加工行業目前的產值很高。
在2020年市場中燃料電池系統的應用主要以商用車輛為主，其中的核心部件燃料電池電堆以石墨極板電堆為主，從未來的發展來看石墨雙極板仍然會長時間占有商用車市場的較大份額。
石墨是熱和電的良導體，具有較高的電導率、化學穩定性、熱穩定性以及耐腐蝕、低密度等優點，用于制作雙極板具有先天獨特的優勢。
由于石墨是一種多孔的脆性材料，強度低、延展性差（比較脆），難以滿足雙極板的氣密性要求，因此在加工時，需要對石墨進行反復浸漬、碳化處理從而制造成無孔的具有良好氣密性的無孔石墨雙極板。
因此石墨雙極板在加工制造時對制造工藝具有很高的要求，否則就容易使得制造成的雙極板具有較高的孔隙，氣密性較差，裝成燃料電池堆不僅影響電堆的整體性能，還有可能導致氫泄露，造成安全隱患。
那么石墨雙極板為何占據著如此大的市場份額，它又是怎樣一步步從石墨變成雙極板呢？下面小編就來一起了解：
1000-1300℃的高溫下將焦炭和瀝青混合后化形成碳素然后將碳素材料浸漬瀝青、烘焙，再用電熱爐在2500-3000℃的高溫下進行石墨化。
切片后進行樹脂浸漬處理，填塞石墨表面和內部孔隙，通常浸漬24小時，然后進行熱處理使樹脂固化。根據浸漬樹脂的不同，又分為酚醛浸石墨和糠醇浸石墨等。
切片后的雙極板尺寸較為粗糙，浸漬后的石墨雙極板的表面光潔度也差，因此需要進行打磨其中打磨又包括粗磨、中磨和細磨。
雕刻加工是雙極板生產制造的關鍵步驟，雙極板的尺寸公差及流場質量均取決于雕刻機的精度。
原文始發于微信公眾號（艾邦加工展）：氫燃料電池汽車，石墨雙極板介紹
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