氢氧燃料电池双极板种类、优缺点和设计要求
燃料电池双极板 超亲水 碳涂层 非晶碳 耐蚀 石墨微晶 导电层 氧化硅 亲水层
燃料电池双极板超亲水碳涂层非晶碳耐蚀石墨微晶
导电层氧化硅亲水层
燃料电池双极板是燃料电池的核心组件之一，它承担着将氢气和氧气转化为水并释放能量的重要作用。
双极板通常由多层材料构成，其中包括超亲水碳涂层、非晶碳耐蚀层、石墨微晶导电层和氧化硅亲水层。
超亲水碳涂层是位于双极板表面的一层材料，具有非常高的亲水性，可以使水分子快速均匀地分布在整个双极板表面，从而提高氧气的传输效率，并降低气泡的产生。
非晶碳耐蚀层是在超亲水碳涂层下方的一层材料，主要起到防止双极板受到腐蚀的作用。
由于燃料电池中存在酸性环境和高温条件，这一层材料需要具备良好的耐蚀性能，以保证双极板的长时间稳定运行。
石墨微晶导电层是位于非晶碳耐蚀层下方的一层材料，具有优异的导电性能，可以有效地传导电子，将氧气的电荷转移至双极板表面。
氧化硅亲水层是位于石墨微晶导电层下方的一层材料，具有良好的亲水性能，可以吸附和传输水分子，从而帮助氢气和氧气的反应进行顺利。
此外，氧化硅层还可以起到隔离作用，防止氢气和氧气发生非预期的反应。
总体来说，燃料电池双极板的设计与材料选择都非常关键，不同的材料层次有各自的功能，并共同协作以实现高效的能量转
化和稳定的电池运行。
燃料电池双极板
复合材料
要点一
总结词
复合材料结合了多种材料的优点，具有较高的机械强度、 耐腐蚀性和抗氧化性。
要点二
详细描述
复合材料由两种或多种材料组成，可以结合各种材料的优 点，弥补单一材料的不足。在燃料电池双极板制造中，常 用的复合材料包括碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复 合材料等。这些复合材料具有较高的机械强度、耐腐蚀性 和抗氧化性，能够承受燃料电池运行过程中的压力和温度 变化，同时保持稳定的性能。
02
燃料电池双极板材料
金属材料
总结词
金属材料具有较高的导电性和导热性，但易腐蚀，需要采取防腐蚀措施。
详细描述
金属材料如不锈钢、钛等在燃料电池双极板制造中应用广泛。它们具有良好的导电性和导热性，能够满足双极板 对电和热传导的要求。然而，金属材料容易受到腐蚀，特别是在燃料电池的酸性或碱性环境中，因此需要采取表 面涂层、合金化等防腐蚀措施来提高其耐久性。
其他领域
船舶
燃料电池双极板可用于船舶动力系统，提供清洁、高效的能 源，促进船舶行业的绿色发展。
航空航天
在航空航天领域，燃料电池双极板具有轻量化和高效能的特 点，为航天器和无人机提供动力支持。
05
燃料电池双极板的发展趋势与挑 战
技术材料如碳纤维复合材料、金属基复合材料等在双极板制造
精度与性能
新型制造工艺具有更高的制造精度和更优异的性能，尤其在复杂形 状和微孔结构的制造方面具有明显优势。
环境影响
传统制造工艺通常需要大量的材料和能源，而新型制造工艺可实现材 料的有效利用和节能减排。
04
燃料电池双极板的应用
交通工具领域
燃料电池汽车
燃料电池双极板作为核心组件， 为燃料电池汽车提供电力，具有 零排放、高效率和长续航里程等 优点。
燃料电池的双极板的指标
燃料电池的双极板的指标以燃料电池的双极板的指标为标题，本文将从材料选择、表面性能和性能指标三个方面详细介绍燃料电池双极板的相关内容。
一、材料选择燃料电池双极板材料的选择对其性能至关重要。
常用的双极板材料包括碳材料、金属材料和聚合物材料等。
碳材料具有良好的导电性和化学稳定性，常用的有石墨、碳纤维等。
金属材料如铂和钯具有优异的电催化性能，但成本较高。
聚合物材料具有较低的成本和良好的加工性能，但导电性能较差。
在材料选择上需要综合考虑双极板的导电性能、化学稳定性、成本以及制备工艺等因素。
二、表面性能燃料电池双极板的表面性能对其电催化性能和寿命有重要影响。
为了提高双极板的电催化性能，可采取表面修饰的方法，如负载金属催化剂、表面氧化等。
负载金属催化剂可以提高双极板的电催化活性，增强氧还原反应和氢氧化反应的速率。
表面氧化可以提高双极板的表面电荷和电化学活性，改善氧还原反应的动力学过程。
此外，双极板的表面性能还包括表面形貌、孔隙结构和表面能等因素，这些因素对双极板的气体扩散和液体吸附等过程也有重要影响。
三、性能指标燃料电池双极板的性能指标主要包括导电性能、电催化性能和耐久性。
导电性能是评价双极板材料导电能力的重要指标，通常用电阻率来表示。
电催化性能是评价双极板材料催化活性的重要指标，通常用催化活性表征。
耐久性是评价双极板材料使用寿命的重要指标，通常用衰减率来表示。
除了这些基本指标外，还可以根据具体应用需求，考虑其他指标如热稳定性、机械强度和耐腐蚀性等。
燃料电池双极板的选择、表面性能和性能指标是影响燃料电池性能的重要因素。
在材料选择上需要综合考虑导电性能、化学稳定性、成本和制备工艺等因素。
通过表面修饰可以提高双极板的电催化性能。
性能指标包括导电性能、电催化性能和耐久性等，这些指标对于燃料电池的性能和寿命具有重要影响。
未来的研究应该进一步优化双极板的材料选择和表面性能，以提高燃料电池的效率和稳定性。
氢燃料电池石墨双极板生产及应用(二)
氢燃料电池石墨双极板生产及应用开发方案一、背景随着环保意识的不断提高，氢燃料电池作为一种清洁、高效的能源转换装置，逐渐受到各国的关注。
其中，石墨双极板作为氢燃料电池中的关键组件，具有优良的导电性能和化学稳定性，被视为理想的燃料电池材料。
然而，当前市场上石墨双极板的生产及应用仍存在诸多瓶颈，亟待开发与优化。
二、工作原理氢燃料电池通过氢气和氧气在电极上的反应产生电能。
石墨双极板作为电池的正负极，可有效地导电并防止氢气和氧气的混合。
通过以下步骤进行工作：1.氢气通过电池的负极板，在催化剂的作用下分解为电子和氢离子。
2.电子通过外部电路传输，为设备提供电能。
3.氢离子通过电解质到达正极板，与氧气反应生成水。
4.氧气通过正极板，与电子和氢离子反应，生成水。
此过程无污染物排放，且只产生水，为环保出行提供了可能性。
三、实施计划步骤1.材料选择与制备：选择高导电性、高化学稳定性的石墨材料作为基底，如天然石墨或人造石墨。
确保材料无杂质，以保证双极板的导电性能。
2.双极板制造：采用精密的制造工艺，如微加工或3D打印技术，将石墨材料加工成具有所需形状和尺寸的双极板。
在此过程中，需要确保石墨板的平整度、光洁度和导电性能。
3.表面处理：为了提高双极板的催化活性，需要在其表面涂覆一层催化剂，如铂或钯等贵金属。
同时，为提高双极板的抗腐蚀性，可对其进行表面涂层处理。
4.装配与测试：将制作好的石墨双极板与其他燃料电池组件进行装配，然后进行电池性能测试。
这包括电流、电压、内阻等方面的测试。
5.优化与量产：根据测试结果，对双极板或其他组件进行调整和优化，确保其性能达到最佳。
随后，可实现规模化生产，降低单位成本。
四、适用范围此方案适用于各种使用氢燃料电池的场景，如汽车、火车、船舶、便携式电源设备等。
特别是对于高效率和长寿命要求的设备，石墨双极板具有显著的优势。
此外，由于其环保特性，也可广泛应用于电力、工业和住宅部门。
五、创新要点1.使用石墨材料：与传统的金属双极板相比，石墨双极板具有更高的导电性和化学稳定性，使其成为氢燃料电池的理想材料。
燃料电池中的流道结构及其优缺点
缺点探讨
设计复杂性：高效的流道设计通常较为复杂，这增加了制造成本和难度。 耐久性挑战：流道板经常暴露在高温和腐蚀性环境中，这可能导致材料退化，影响 电池的长期稳定性。 优化限制：不同的应用和操作条件要求不同的流道设计。没有一种普适的流道结构 能够适应所有类型的燃料电池。
未来方向
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随着材料科学和制造技术的进步，流道设计有望变得更加高效和经济。例如，使 用新型材料可以减轻双极板的重量，同时提高其耐腐蚀性能。此外，计算流体动 力学（CFD）的应用可以在设计阶段预测流道的性能，从而减少试错成本。
燃料电池作为一种高效的能量转换设备，正逐渐成为未来能源技术的重要组成部 分。其核心之一是流道结构，这直接影响到燃料电池的性能和应用。流道结构在 燃料电池中扮演着至关重要的角色，因为它们负责有效地分配反应气体，同时也 帮助管理热和水管理。本文将深入探讨燃料电池中流道结构的优缺点，以及这些 特点如何影响燃料电池的整体性能。
流道结构的基本功能
燃料电池中的流道结构设计用于分配燃料和氧化剂（通常是氢气和氧气），并从 电池中移除反应生成的水和热量。这些流道通常被刻在电池的双极板上，可以采 取多种形状，如直线型、螺旋型或网状型。
优点分析
效率提升：优化的流道设计可以显著提高燃料电池的性能。通过确保气体均匀分布， 流道有助于最大化反应面积，从而提高反应效率。 热管理：流道结构在控制燃料电池的温度方面发挥关键作用。有效的热管理可以防 止电池过热，延长其使用寿命。 水管理：在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，水管理至关重要。流道设计需要确 保足够的水分来保持膜的湿润，同时又不能让水积聚，以避免阻塞气流。
总结
燃料电池中的流道结构对于确保高效、可靠的能量转换至关重要。虽然面临着设 计复杂性和耐久性挑战，但通过不断的技术创新和材料改进，这些问题有望得到 解决。流道结构的优化不仅可以提高燃料电池的性能，还有助于推动这一清洁能 源技术的更广泛应用。
燃料电池双极板
燃料电池双极板来源：燃料电池发动机工程技术研究中心序言双极板是电堆的核心组件，对电堆的性能、成本有着很大的影响。
目前双极板根据材料主要分为石墨板、复合板、金属板三类。
今天为大家分享石墨双极板的介绍，希望能够对大家有所帮助。
| 氢云链 |双极板是PEMFC的核心零部件之一，其主要作用是通过表面的流场运输气体，收集、传导反应生成的电流、热量和水。
根据不同的材料类型，其重量约占PEMFCs电堆的60%-80%，成本占比约为30%。
根据双极板的功能需求，同时考虑PEMFC电化学反应环境为酸性，因此要求双极板对电导率、气密性、机械性能、耐腐蚀性等有较高的要求。
目前双极板根据材料主要分为石墨板、复合板、金属板三类，石墨双极板是目前国内PEMFC最常用的双极板，导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等性能较好，但机械性能相对较差、较脆、机加工困难导致成本较高等问题困扰着国内厂商。
石墨双极板已实现国产化，多数采用机加工的方法，而国外厂商可以直接采用压铸成型或膨胀石墨成型的生产方式。
今后石墨双极板的研究重点是制作工艺的改进和减小石墨板的厚度。
本篇就石墨双极板作简要介绍。
Cs也非常适用于固定发电站、备用电源和热电联供等领域。
双极板是PEMFCs非常重要的多功能部件，其主要作用是通过表面的流场给膜电极输送反应气体，同时收集和传导电流并排出反应的热量及产物水。
其重量约占PEMFCs电堆的80%，成本约占30%。
PEMFCs的广泛应用要求双极板具有高电导率、高气密性、良好的机械性能、耐腐蚀性好以及低成本等特点。
另外，为降低双极板的生产成本，还需满足易加工且适合批量化生产等要求。
目前车用燃料电池的发展受到了国内外广泛的关注，而双极板作为PEMFCs的关键零部件之一，也逐渐成为研究热点。
本文对双极板的功能及使用要求、参数指标、种类及主要性能测试方法进行了概述分析。
编辑：陈丹 校对：杨东川 审核：杨东川 来源：燃料电池发动机工程技术研究中心。
燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法
燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法 随着能源的日益紧缺和环境污染的加剧，新能源技术备受关注。
燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换技术，逐渐成为新能源领域中备受期待的技术之一。
在燃料电池中，双极板流场结构是一个关键组成部分，其影响着燃料电池的性能和效率。
本文将详细探讨燃料电池双极板流场结构和燃料电池的制作方法。
一、燃料电池双极板流场结构1.1 双极板流场的定义和作用 双极板流场指的是位于燃料电池中的双极板之间的空间，用于引导燃料和氧气在电化学反应中的传输。
其主要作用是增加燃料电池的反应效率，促进燃料和氧气的接触，并减少压降。
1.2 双极板流场结构的种类 根据形状和排列方式的不同，双极板流场结构可以分为直流场、曲折流场、层流场等多种类型。
直流场是最简单的结构，按照直线排列；曲折流场则形成了多条弯曲通道，能增加接触面积；层流场是一种平行排列的结构，利用了高速气流的旋转来增强流体的混合。
1.3 双极板流场结构的优化设计 在设计双极板流场结构时，需要考虑燃料电池的工作压力、流量、传质效率等因素。
通过数值模拟和实验研究，可以对双极板流场结构进行优化设计，以提高燃料电池的性能和效率。
2.1 双极板流场结构的制作方法 制作双极板流场的常用方法是加工或压制，可以使用金属、塑料等材料。
首先，根据燃料电池的设计要求，使用CAD软件进行三维设计或制作模具。
然后，根据设计图纸，使用机械加工工艺将材料加工成所需的形状和尺寸。
最后，通过焊接、粘接等方式将双极板流场与其他组件连接，并进行密封处理。
2.2 双极板流场的材料选择 双极板流场的材料选择应考虑电导性、耐腐蚀性和成本等因素。
目前常用的材料包括金属材料（如不锈钢、钛合金）、高温聚合物材料（如PEEK、PTFE）等。
不同材料具有不同的特点，需要根据实际需求进行选择。
2.3 双极板流场结构的制作工艺 双极板流场的制作工艺包括模具制作、材料加工、组装等过程。
在模具制作过程中，需要精确控制模具的尺寸和表面光洁度。
新能源技术知识：燃料电池分类及优劣势分析
新能源技术知识：燃料电池分类及优劣势分析燃料电池，是一种利用化学能转化为电能的装置，是一种具有较高效率、清洁环保的能源技术。
燃料电池的分类主要根据使用的燃料类型和电解质种类来划分。
下面我们就来具体了解一下燃料电池的分类及其优劣势分析。
首先，我们来介绍一下根据使用的燃料类型来划分的燃料电池。
这类燃料电池主要包括氢气燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池和氢气气体燃料电池。
氢气燃料电池是目前最为常见和被广泛研究的一种燃料电池。
它主要由正极（氢气）、负极（氧气）、电解质（聚合物电解质膜）、催化剂（铂）等组成，具有高效能、低污染、低噪音、高效率等优点。
但是，氢气燃料电池的缺点也较为明显，其生产氢气的能源消耗较大，而且在储存和使用氢气时安全问题难以保证。
甲醇燃料电池主要是将甲醇作为燃料，它具有可以直接使用液态燃料的优点，且在燃料储存和运输方面较为方便。
但是，甲醇燃料电池的能量密度较低，其化学反应过程中产生的二氧化碳较多，且甲醇的毒性较强，在使用和储存方面也存在较大的安全隐患。
乙醇燃料电池同样以液态燃料乙醇作为燃料，可直接使用，且具有较高的能量密度。
但是，乙醇燃料电池的运行温度较高，这对其动力系统结构和材料选用等方面提出了较高的要求，同时其在良好的供电质量和功率输出方面也存在一定的限制。
氢气气体燃料电池则是通过将氢气化合物或其他氢气储存物转化为高纯度的氢气，在燃料电池中进行反应，产生电能。
该种燃料电池技术较为新颖，具有较高的能量密度、稳定性和耐久性等优点。
但是，氢气气体燃料电池在储存和运输方面仍存在较大的难点，并且运作时排放的二氧化碳较多。
除了根据燃料类型划分外，燃料电池还可以根据电解质种类来划分。
这类燃料电池主要包括聚合物电解质燃料电池、碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和磷酸燃料电池等。
聚合物电解质燃料电池是目前最为成熟、应用最广泛的燃料电池之一，其电化学反应速率快、能量转换效率高、化学反应产物无污染等优点得到了广泛认可。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（注：双极板的接触电阻主要指双极板与炭纸之间的接触电阻）
体电阻率bulk resistance
双极板材料本体的电阻率值，单位是mΩ·cm。
双极板特性测试方法（摘自GB/T 20042.6-2011）
双极板特性测试方法（摘自GB/T 20042.6-2011）
双极板材料需要有高的导电性、高的导热性、良好的化学稳定性、低 透气性和良好的力学性能，具体的设计要求如下：
设计标准 化学兼容性 耐腐蚀性 材料密度 电阻率 气密性 机械性质 电堆能量密度 要求 运行过程中阳极不能产生干扰性氢化物层， 阴极不能发生钝化 腐蚀电流密度<0.016mA/cm2 <5g/cm3 <0.01Ωcm2 最大平均气体透过率<2.0*10-6cm3/s cm2 （△P=2atm） 良好的强度和弹性，允许双极板制作较薄 抗压强度>1.54kg/cm2 体积<1 L/kw，重量>1kw/kg (交通工具用）
表面粗糙度
公差 导热性 成本
>50um
>0.05mm 良好的导热性 材料+制造<US $0.0045 cm-2
实验室双极板性能考察的几项重要内容：
1）抗腐蚀性：确保电池寿命
2）导电性：确保电池性能 3）机械性质：确保组装时稳定性 4）气密性：避免气体经由双极板扩散，造成内燃烧或材料 浪费
抗腐蚀性测试
树脂：
热塑性树脂（聚偏二氟 乙烯、聚丙烯、聚乙烯等） 热固性树脂（环氧树脂、 酚醛树脂、呋喃树脂、乙 烯酯等）
表面保护层材料： 碳基：
石墨 导电聚合物 类金刚石碳膜
填料：
碳粉/石墨粉 炭黑 碳化石墨
金属基：
贵金属 金属碳化物 金属氮化物
增强纤维：
碳纤维/石墨纤维 纤维素纤维 棉绒
制作繁琐
1）用射出成型，制造快 2）重量轻 3）抗蚀性佳
1）导电效果较差 2）机械性质差，组装 不易
双极板种类
石墨板
无孔石墨板 （最常用） 膨胀石墨板 柔性石墨板
表面保护的 金属双极板
多层复合型
复合双极板
复合材料型
基底材料：
铝 不锈钢 钛 镍
分隔板： 不锈钢 铝 流场板： 石墨粉/碳粉 与聚合物/树脂 混合压制成流 场板，通过一 定工艺与金属 底板结合
氢氧燃料电池双极板种类、优 缺点和设计要求
氢氧燃料电池双极板种类
一般制法
石墨板 利用碳粉或石墨粉 混合可石墨化树脂 制备
优点
1）质轻 2）耐蚀性好 3）导电佳
缺点
1）脆性物质，易造成 组装难度，厚度不易做 薄 2）一般烧结成多孔性 板，需添加添加物 3）石墨化时间长，机 械加工难，价格昂贵 1）单位密度高，较重 2）易发生腐蚀，需要 表面改性
腐蚀电流密度corrosion current density
单位面积的双极板材料在燃料电池运行环境中，在腐蚀电位下 由于化学或电化学作用引起的破坏产生的电流值，单位为μA/cm2.
双极板特性测试方法（摘自GB/T 20042.6-2011）
电阻率测试：
接触电阻interfacial contact resistance
Байду номын сангаас
金属板
不锈钢、钛合金、铝合 金等直接加工而成
1）良好的电、热导体 2）机械型质佳，强度高 3）阻气性好 3）无孔性
复合板
多层复合型：以薄金属 为分隔板，有孔薄碳板 为流场板，以极薄导电 胶粘合 复合材料型：热塑或热 固性树脂料混合石墨粉、 增强纤维等形成预制料， 并固化、石墨化后成型
结合了石墨板和金属板 的优点