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石墨由于其導電率高、化學穩定性和熱穩定性強且耐腐蝕的特點，是目前國內雙極板應用的主流。石墨是一種多孔脆性材料，強度低脆性大，不能滿足雙極板氣密性要求，需要反復進行浸漬、碳化處理制成無孔石墨板。

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無孔石墨板一般由碳粉/石墨粉和石墨化樹脂在高溫(2500 ℃)條件下石墨化制備而成的。這個過程需要進行嚴格的升溫程序，因此，生產周期長、成本高。另外，石墨化后由于雜質的蒸發，可能會出現新的孔隙，導致石墨板表面的孔隙率為 20%~30%。

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氣孔的存在有著導致PEMFC泄漏，從而降低反應氣體濃度，進而降低電堆性能的風險，所以需要對石墨板進行浸漬處理，以降低其孔隙率并改善其表面質量，目前應用較為廣泛的是經過反復浸漬的無孔石墨板。圖1展示了浸漬前后電堆電流密度（J）電壓（U）曲線的對比，可以看出浸漬后的雙極板組裝成的電堆性能有了明顯提升。

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1.機加石墨板

國內生產商大多采用人工石墨機械加工的方式實現，流程圖如圖2所示，其工藝步驟主要包括：?

1. 原材料準備：在 1 000~1 300 ℃的溫度下，將焦炭和瀝青混合后焦化形成碳素，然后將碳素材料浸漬瀝青、烘焙，再用電熱爐在 2 500~3 000 ℃的溫度下，予以石墨化；?

2. 切片：根據雙極板尺寸進行粗略切片處理；?

3. 浸漬：石墨切片之后進行樹脂浸漬處理，浸漬的目的是用合成樹脂填塞石墨表面和內部的孔隙，一般要浸漬 24 h，然后進行熱處理使樹脂固化而制成，根據浸漬樹脂的不同，分為酚醛浸石墨和糠醇浸石墨等；?

4. 打磨：由于切片后的尺寸較為粗糙，而且浸漬后的石墨板表面光潔度也差，所以需要粗磨、中磨和細磨；

5. 雕刻加工：雕刻加工是雙極板加工關鍵步驟，雙極板的尺寸公差以及流場的質量取決于雕刻機的精度。

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由于石墨板的低強度和脆性，此加工方法不適合形成超薄雙極板(小于 1.5 mm)。而這種方法可能會導致刀具與石墨的摩擦過大，導致雙極板的尺寸精度和表面質量較差。

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Lei等發現，在加工過程中，石墨被壓碎成小顆粒和細塵，刀具在刀尖處受到高沖擊和壓應力，流道的加工還增加了總成本，因此，該方法在國外已逐漸被淘汰，國外大部分廠商采用注塑成型或模壓成型的生產方式。

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2.注塑石墨板

注塑石墨板是將一定比例的石墨與樹脂混合料從注塑機的料斗送入機筒內，被加熱融化后的混合料通過加壓經由噴嘴注入閉合模具內，經冷卻定形后，脫模得到制品。為了提高雙極板的導電性，可以在混合物中加入一些金屬粉末，同時可以加入碳纖維或陶瓷纖維來提高機械強度。

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然而，注塑成型也有許多缺點，如長時間的粘結劑去除(長達7 天)，厚截面開裂，尺寸限制以及缺陷。進一步石墨化可以提高板材的性能，但這將大大增加成本，因此，該方法不適合大規模生產。?

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3.模壓石墨板

為了解決加工成本高及規模化生產的問題，研究者開始采用模壓成型工藝制造雙極板。其工藝流程為：首先對石墨粉與樹脂的混合材料進行制備，然后對混合材料和模具進行前處理，采用聚合物的熔融溫度和一定壓力，使得粉料在模具中流動并充滿整個行腔，固化脫模后得到雙極板。如果粘結劑為熱固性塑料，一般只需要幾分鐘就可以固化脫模；如果所用粘結劑為熱塑性塑料，則需將模具冷卻到粘結劑熔點以下的溫度后脫模。

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總體來說，目前石墨雙極板市場需求量大，但其空隙問題、成本問題以及加工時長問題仍有待完善。另外，在保持一定機械強度和良好阻氣作用的前提下，雙極板厚度應盡可能地薄，以減少對電流和熱的傳導阻力。

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從當前國內氫燃料電池汽車運營實際情況來看，客車、物流車、環衛車、叉車等商用車型成為市場主推車型，而商用車的高頻次使用場景決定了其對零部件的耐久性有要求較高。石墨雙極板正是憑借其耐久性長，因而更適合當前示范運營的燃料電池商用車領域。

原文始發于微信公眾號（艾邦氫科技網）：石墨雙極板種類及制備工藝解析