燃料电池双极板演示教学
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。
燃料电池石墨双极板冲孔模压一体式模具及冲孔模压方法
燃料电池石墨双极板冲孔模压一体式模具及冲孔模压方法哎，说起燃料电池，你可能会觉得挺高大上的，毕竟那玩意儿可是跟咱们的新能源、环保大计挂钩的。
不过，大家也别小看了它里面的那些“配件”，像什么石墨双极板，听着都有点拗口。
其实呢，这个双极板就像是燃料电池里面的“开路先锋”，起着至关重要的作用，既能导电，又能帮助气体分流，让电池稳定高效地运作。
说白了，就是让电池不容易“闹脾气”，确保它能长时间不掉链子。
但！有个问题，石墨双极板的制造可不是件简单事，尤其是它上面那些小孔，冲孔这一环就像是“杀手锏”，得精准到位，才能确保电池的性能不打折。
那有些聪明的朋友可能会问了，石墨双极板怎么能一气呵成地完成冲孔和模压呢？答案是，嘿，这就是“冲孔模压一体式模具”的“牛逼”之处。
简单来说，这种模具能把冲孔和模压两个过程一股脑儿地搞定，省时省力，还能保证精度。
毕竟你想，石墨板虽然看着轻飘飘的，但它可不是什么“软柿子”，要在它上面打孔，就得有点“功夫”，不然一不小心就容易出错，搞得就像是用绣花针做切割，效果可想而知。
所以，冲孔模压一体式模具就像是燃料电池制造的“金牌选手”，给这块硬骨头来个“精准一击”。
说到模具的设计，其实挺有讲究的。
别看它外表普普通通，其实得考虑到各种因素。
比如说，石墨板的硬度、厚度，还有孔的直径和分布位置，都得做到心中有数。
设计师们可得像是做手工艺一样，既要保证美观，又得确保功能性。
否则，制造出来的双极板要么孔位错乱，要么就出现歪斜，像是在钻孔的时候走了“弯路”，那可就得不偿失了。
这个时候，冲孔模压一体式模具的妙处就展现出来了，它能够把这些复杂的工艺步骤统统搞定，不仅节省了时间，还能确保精度，每一个孔都是“标准化生产”，不会让你“心烦意乱”。
说说这个冲孔的过程。
听着简单，做起来可有讲究。
其实就是用高压将模具里的石墨板冲出特定的孔，孔的大小和形状，得根据不同的燃料电池需求来定。
如果孔打得不对，可能就会影响气体流通，导致电池效能下降。
燃料电池双极板的作用
燃料电池双极板的作用
嘿，你问燃料电池双极板的作用呀？这玩意儿可重要啦。
首先呢，双极板就像是燃料电池的“骨架”。
它把燃
料电池的各个部分连接起来，让整个燃料电池结构更稳定。
就好比人得有骨头才能站得直，燃料电池有了双极板才能
稳稳当当的工作。
然后呢，双极板还能起到导电的作用。
它就像电线一样，把电从一个地方传到另一个地方。
在燃料电池里，双
极板把燃料和氧化剂产生的电传导出去，让我们能用上这
些电。
要是没有双极板导电，那电就没法用啦。
还有啊，双极板能分隔燃料和氧化剂。
它就像一堵墙，把燃料和氧化剂隔开，不让它们乱跑。
这样才能保证燃料
电池正常工作，不会发生危险。
要是燃料和氧化剂混在一起，那可就糟糕了。
另外呢，双极板还能散热。
燃料电池工作的时候会产
生热量，双极板可以把这些热量散发出去，让燃料电池不
会过热。
就像人热了要出汗散热一样，燃料电池靠双极板
散热。
我给你讲个事儿吧。
有一次我去参观一个燃料电池工厂，看到那些燃料电池里的双极板。
工作人员给我介绍说，双极板的作用可大了，如果双极板出问题，整个燃料电池
都没法工作。
从那以后，我就知道了双极板在燃料电池里
的重要性。
总之呢，燃料电池双极板的作用有当骨架、导电、分
隔燃料和氧化剂、散热等。
没有双极板，燃料电池可就玩
不转啦。
加油吧！相信你也能认识到双极板的重要性。
第二章-质子交换膜燃料电池精选全文完整版
Seminar Ⅱ
氢和氧在燃料电池里，同时发生两个“半反 应”，一个是在阳极发生的氧化反应（失去电 子），另一个是在阴极发生的还原反应（得 到电子），这两个反应构成了一个总的氧化 －还原反应（氧化还原作用），反应生成物 为水。
Seminar Ⅱ
阳极反应：2H2
－
4H＋+ 4e
阴极反应：O2+ 4e－+ 4H＋
Nafion是由疏水材料聚四氟乙烯链（商品名 Teflon）形成膜的骨架，及附在Teflon端部，具有 磺酸（HSo3）基团的侧链组成，环绕在磺酸侧链周 围的含水区成为电解质
Seminar Ⅱ 3 .膜电极总成 膜电极总成通常由电极（又叫气体扩散层）、催化剂 层、电解膜层等组成
铂微粒固定在相对较大的炭粉 粒子上,催化剂一般为铂，目 前，用量为0.2mg/cm2,
Seminar Ⅱ
• 在阴极，进入燃料电池的氧分子也是首先与电极表面 的催化剂铂接触，氧分子分被分裂并键合在铂表面， 形成弱的O－Pt键，使得还原反应能够发生。然后每 一个氧原子离开铂催化剂，与来自外电路的两个电子 和从膜穿过来的两个质子化合成一个水分子。至此氧 化还原反应就被完成。阴极上的催化剂再一次获得自 由，等待下一拨氧分子的到来。
Seminar Ⅱ
加压燃料电池系统里，一个十分关键的部件是“压缩 －膨胀机”。可以选用的压缩机类型很多，有双螺杆 式、罗茨转子式、叶片式等。膨胀器用来回收排出空 气中的能量。图为压缩膨胀器一例。
Seminar Ⅱ 加压燃料电池的电压－－电流曲线
Seminar Ⅱ
7.环境压力燃料电池
这种燃料电池对阴极供应略高于大气压的大流量空气，采用特 殊的燃料电池供水方法，和独特的蒸发散热方法，具有系统简 单、成本低、工作安静、燃料效率高、尺寸紧凑，安装空间 小，容易装入车辆等优点
钛材燃料电池双极板生产工艺流程
钛材燃料电池双极板生产工艺流程文档下载说明Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 钛材燃料电池双极板生产工艺流程can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!钛材燃料电池双极板的生产工艺流程是一个涉及多个步骤和复杂工艺的过程，它需要高度的精密度和严格的控制以确保最终产品的质量和性能。
下面是一个大致的工艺流程，供参考。
1. 材料准备阶段。
钛材料选择。
选择高纯度的钛材料，通常采用工业纯度的钛。
材料清洁。
对钛材料进行清洁处理，去除表面的杂质和污垢，以确保后续工艺的顺利进行。
2. 基板制备。
近代物理实验课件：燃料电池综合实验指导及操作说明书
ZKY-RLDC燃料电池综合特性实验仪实验指导及操作说明书成都世纪中科仪器有限公司地址：成都市人民南路四段9号中科院成都分院邮编：610041电话：（028）85247006 85243932 传真：（028）85247006网址； E-mail: ZKY@ZKY.C n燃料电池综合特性实验仪燃料电池以氢和氧为燃料，通过电化学反应直接产生电力，能量转换效率高于燃烧燃料的热机。
燃料电池的反应生成物为水，对环境无污染，单位体积氢的储能密度远高于现有的其它电池。
因此它的应用从最早的宇航等特殊领域，到现在人们积极研究将其应用到电动汽车，手机电池等日常生活的各个方面，各国都投入巨资进行研发。
1839年，英国人格罗夫（W. R . Grove）发明了燃料电池，历经近两百年，在材料，结构，工艺不断改进之后，进入了实用阶段。
按燃料电池使用的电解质或燃料类型，可将现在和近期可行的燃料电池分为碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池6种主要类型，本实验研究其中的质子交换膜燃料电池。
燃料电池的燃料氢（反应所需的氧可从空气中获得）可电解水获得，也可由矿物或生物原料转化制成。
本实验包含太阳能电池发电（光能－电能转换），电解水制取氢气（电能－氢能转换），燃料电池发电（氢能－电能转换）几个环节，形成了完整的能量转换，储存，使用的链条。
实验内含物理内容丰富，实验内容紧密结合科技发展热点与实际应用，实验过程环保清洁。
能源为人类社会发展提供动力，长期依赖矿物能源使我们面临环境污染之害，资源枯竭之困。
为了人类社会的持续健康发展，各国都致力于研究开发新型能源。
未来的能源系统中，太阳能将作为主要的一次能源替代目前的煤，石油和天然气，而燃料电池将成为取代汽油，柴油和化学电池的清洁能源。
实验目的1、了解燃料电池的工作原理2、观察仪器的能量转换过程：光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能(能量储存)→燃料电池→电能3、测量燃料电池输出特性，作出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
第09章 氢燃料电池课件
第9章氢燃料电池本章主要内容：1．燃料电池基本原理2．燃料电池热力学和反应动力学3．燃料电池的电荷管理4．燃料电池内的质量传递5．燃料电池的一维数值模型9.1 燃料电池简介燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。
这种装置的最大特点是由于反应过程不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受“卡诺循环”的限制，能量转换效率高达60～80％。
实际使用效率是普通内燃机的2～3倍。
另外，它还具有燃料多样化、排气干净、噪声小、环境污染低、可靠性高及维修性好等优点。
燃料电池被认为是21世纪全新的高效率、节能、环保的发电方式之一。
9.1.1 原理燃料电池是一种能量转换装置。
它按电化学原理，即原电池(如日常所用的锌锰干电池)的工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。
对于一个氧化还原反应，如：[O]+[R]→P式中，[O]代表氧化剂，[R]代表还原剂，P代表反应产物。
原则上可以把上述反应分为两个半反应，一个为氧化剂[O]的还原反应，一个为还原剂[R]的氧化反应，若e代表电子，即有：以最简单的氢氧反应为例，即为如图9-1所示，氢离子在将两个半反应分开的电解质内迁移，电子通过外电路定向流动、作功，并构成总的电的回路。
氧化剂发生还原反应的电极称为阴极，其反应过程称为阴极过程，对外电路按原电池定义为正极。
还原剂或燃料发生氧化反应的电极称为阳极，其反应过程称阳极过程，对外电路定义为负极。
图9-1燃料电池工作原理示意图燃料电池与常规电池不同，它的燃料和氧化剂不是贮存在电池内，而是贮存在电池外部的贮罐中。
当它工作(输出电流并做功)时，需要不间断地向电池内输入燃料和氧化剂，并同时排出反应产物。
因此，从工作方式上看，它类似于常规的汽油或柴油发电机。
由于燃料电池工作时要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂，所以燃料电池使用的燃料和氧化剂均为流体(即气体和液体)。
利用BMC方法制作燃料电池用导电性双极板
利用BMC方法制作燃料电池用导电性双极板为解决经济发展和能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾、开拓清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成为十分紧迫的任务。
氢是一种可储藏运输、燃点较高、热值相当汽油的3倍，各国在制定未来能源政策时，都把发展氢能作为主攻方向之一，而燃料电池正是氢能时代的最佳能量转换装置。
不过燃料电池自19世纪80年代发表第一个专利以来，一直到现在仍未商品化，其原因归根到底还是材料问题没有得到解决。
目前，燃料电池已经进入商业化前夜，而国外质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板已经初步具备产业化能力。
从结构上看，燃料电池一般有30~500个单电池构成电池堆(图一)，单电池依次由阳极、电解质基质和阴极构成(图二)，双极板的作用是连接上一个单电池的阳极与下一个单电池的阴极，保证反应气体在电极的整个表面上均匀分布，从前一个阴板收集电流传给下一个阳极，即双极板不但形成提供反应物和产物的流场，同时要传导电流，双极板的体电阻及接触电阻将影响电池内部的欧姆压降。
图一 PEMFC的电池堆简图图二单电池结构及工作原理双极板的功能及材料相关的要求：⊙分隔氧化剂和还原剂，必须有阻气功能，不能用多孔透气材料；⊙有收集电流的作用，必须是电的良导体、还应是热的良导体；⊙双板板同时处于氧化介质和还原介质环境，必须在一定温度和电位下具有抗腐蚀能力；⊙双极板两侧置有反应气体均匀分布的流场，布置紧凑必须越薄越轻越好。
在当前的状况下，PEMFC双极板主要采用不透性石墨材料和金属材料。
在燃料电池环境下，石墨的耐腐蚀性能最好，电导率也高但成本昂贵，约占电池成本的50%~60%。
金属双极板具有高的电导率和好的力学强度，但耐腐蚀方面成了难题。
这就导致国内外众多家学院和研究所关注树脂基炭复合材料（可能各家的叫法不完全一致）。
(图三)图三树脂基炭复合材料制双极板表中（Ⅰ）为美国能源部（DOE）对碳质填料/聚合物复合材料双极板的性能要求。
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Bare Metals as Bipolar Plates
• Due to its low cost and favourable physical and chemical properties, stainless steel has become the primary candidate for bipolar plate construction. The formation of a passive oxide layer protects the plate from corrosion, but leads to higher interfacial contact resistance
• 优点：良好的导电导热性，耐腐蚀性 • 缺点：强度，气密性（上海交通大学燃料电池研究所采用真空加
压的方式,以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,减少了制造过程中的 气孔）
常见材料——composite material
• 优点：理化性质优秀 • 缺点：成本高，技术要求高，应用水平有待提高
常见材料——metallic meterial
双极板在燃料电池中的作用
• 分离氧化剂与还原剂 • 收集电流 • 气体反应场所
双极板需解决的问题
• 充分反应 • 化学性能（抗腐蚀，最好能促反应） • 机械性能（主要是刚性，导电性，导热性和密度，导热性最好能
控制其保持在相对稳定的高效率状态下） • 成本
常见材料——Graphite Bipolar Plates
Surface Treatments and Coatings
• There are a limited number of materials exhibiting a combination of high corrosion resistance and low interfacial contact resistance for use in PEM fuel cells. Furthermore, many of these metals are rare and prohibitively expensive. As a result, the search for surface treatments of inexpensive and widely available metals that are capable of enhancing their performance in fuel cell environments is well established and underway.
基于丰田mirai燃料电池双极板 调研对ห้องสมุดไป่ตู้料电池结构（双极板
为主）学习反馈
符策煌
2015.3.20 参考资料：美国专利库US8785080B2，谷歌学术A Review of Metallic Bipolar
Plates for Proton Exchange Membrane Fuel Cells : Materials and Fabrication Methods
• 优点：机械性能优异，成本低，来源广，能提供较大的动力密度 • 缺点：抗腐蚀性不佳
动力密度
• 金属双极板由于在同类技术中可以提供最好的动力密度，因此在 汽车应用中是作为首选的。这使得汽车制造商能够使用一台紧凑、 轻量且更易装进车里的发动机就可获取巨大的推动力。
抗腐蚀，高生产率，机械性能优异
• Metals, such as titanium and stainless steels, exhibit excellent mechanical properties and have very low gas permeation rates. They are also suitable for mass production with low scrap rates and are stable in a PEM fuel cell environment where low pH values are common
• One of the promising techniques in surface treatment of austenitic stainless steels is carburization.
• Another promising surface treatment technique is the utilization of highly conductive and corrosion resistant coatings.
Mirai简介
• Mirai使用了液态氢作为动力能源，液态氢被储存在位于车身后半 部分的高压储氢罐中。Mirai所使用的聚酰胺联线外加轻质金属的 高压储氢罐可以承受70MPa压力，并分别置于后轴的前后。液态 氢添加的过程与传统添注汽油或者柴油相似，但对于安全性和加 注设备具有独立的安全标准。充满Mirai的储氢罐大约需要3-5分 钟，在JC08工况下，Mirai的氢储量可以支持700公里续航里程。 减压后的液态氢进入位于乘员舱下方的燃料电池重，氢原子在燃 料电池阴极上的反应，释放电子从而产生电能。多个燃料电池的 串联使得输出电压达到使用的标准。
• Chromium-Containing Films. • Chromium nitride
问题聚焦——metallic bipolar plates
• 多个燃料电池的串联使得输出电压达到使用的标准。——mirai
• 串联key——双极板
双极板
• 燃料电池发动机由大量相同的电池元件组成，每个电池元件由一 块双极板和一层催化剂镀膜总成，构成阴阳电极。双极板是燃料 电池堆中重要的性能元件，它负责把燃料和空气分配到两个电极 表面以及电池堆散热。因此，每个双极板都必须包括一个外部的 流动管道负责气体分配，和另一个独立的内部冷冻剂通道。每个 双极板还必须有稳固的密封措施，这样发动机堆中发动机液可以 分开控制。最后还必须要有一个导体表面或涂层使电阻损失最小 化。