氢氧燃料电池双极板种类、优缺点和设计要求分析
燃料电池简介及其优缺点
燃料电池简介及其优缺点姓名：周鹏学号：0909141085班级：09电气工程及其自动化燃料电池是一种把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。
是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”。
燃料电池一般由燃料极（或称氢极）、空气极（或称氧极）以及夹在这两极之间的电解质构成。
工作时，由外部供给电池的氢在燃料极放出电子成为氢离子，氢离子通过电解质后移向空气极，而电子则通过外电路亦到达空气极。
在空气极，由外部供给电池的氧，与氢离子及电子进行反应生成水。
电能由外电路输出。
燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然都是将化学能转换成电能的装置，但它们的最大不同点在于，封存在干电池中参予化学反应的物质终将耗尽，反应停止，也就不能输出电能了；而对于燃料电池，只要外界不断地供给它燃料气体和氧化剂，化学反应就能不间断地进行，它就能不停地输出电能。
现在研制的燃料电池有四种基本类型，即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电解质型及碱型燃料电池。
它们是根据电池中所用燃料、氧化剂、电解质的不同以及工作温度和构成方式的差别而划分的。
磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。
溶融碳酸盐型燃料电池，使用的天燃气燃料中既含氢也含一氧化碳，还能用含氢纯度低的煤气作燃料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃，不用铂等昂贵的催化剂，发电效率可达50％。
发电过程可利用所排热能，与汽轮机结合。
复合发电，这可使发电效率提高到55％左右；固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物，工作温度可高达800～1000℃，发电效率可达到50％以上；碱性燃料电池是以液氢为燃料，以液氧为氧化剂，成本极高。
美国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。
这种燃料电池不仅作为飞船和航天飞机的电源系统，而且也为宇航员提供了不可缺少的生活用水及生命保障系统中所需的冷却用水，这一特点是其他电源所望尘莫及的。
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。
燃料电池的双极板的指标
燃料电池的双极板的指标一、引言1.1 燃料电池的概述1.2 燃料电池的双极板的重要性二、燃料电池双极板的种类2.1 质子交换膜燃料电池（PEMFC）的双极板2.2 碱性燃料电池（AFC）的双极板2.3 磷酸燃料电池（PAFC）的双极板2.4 氧化锆燃料电池（SOFC）的双极板2.5 高温聚合物电解质燃料电池（HT-PEMFC）的双极板三、燃料电池双极板的性能指标3.1 电导率3.2 机械强度3.3 抗腐蚀性3.4 导气性3.5 温度稳定性3.6 价格和可用性四、燃料电池双极板的优化方法4.1 材料选择的优化4.2 结构设计的优化4.3 表面处理的优化4.4 加工工艺的优化五、燃料电池双极板的应用前景5.1 交通运输领域5.2 电力供应领域5.3 移动电源领域5.4 军事领域六、结论燃料电池是一种利用氢气和氧气等燃料通过电化学反应产生电能的设备。
而双极板作为燃料电池中的重要组成部分，直接影响着燃料电池的性能和稳定性。
在本文中，我们将首先介绍燃料电池的基本概念和双极板在其中的重要性。
然后，我们将详细介绍几种常见类型的燃料电池双极板，包括质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸燃料电池、氧化锆燃料电池和高温聚合物电解质燃料电池。
接下来，我们将深入探讨燃料电池双极板的性能指标，包括电导率、机械强度、抗腐蚀性、导气性、温度稳定性、价格和可用性等方面。
这些指标对于燃料电池的正常运行和长期稳定性至关重要。
在燃料电池双极板的优化方法部分，我们将讨论材料选择的优化、结构设计的优化、表面处理的优化和加工工艺的优化等方面。
这些优化方法可以提高燃料电池双极板的性能和稳定性，推动燃料电池技术的发展。
最后，我们将展望燃料电池双极板的应用前景，包括在交通运输领域、电力供应领域、移动电源领域和军事领域的应用潜力。
燃料电池作为一种清洁高效的能源技术，具有广阔的应用前景。
综上所述，燃料电池双极板的指标对于燃料电池的性能和稳定性至关重要。
氢氧燃料电池的正负极材料
氢氧燃料电池的正负极材料氢氧燃料电池的正负极材料，这个话题一听就让人觉得挺酷，是吧？想象一下，氢气和氧气的组合就能发电，这简直是科技的魔法！我们先来聊聊正极材料，这可不是简单的“拿个电池就行”那么简单。
正极，通常是氧化物，比如铂、镍，听起来是不是像超人的武器？其实这玩意儿是要在反应中吸引氢气释放出的电子，真是个不折不扣的“电流吸引器”。
铂的耐腐蚀性可好了，就像是那种永远不会过期的食品，能让你一直用下去，价格也是高得吓人，买一块铂，感觉要破产了。
说到负极材料，那就要提到氢气了。
这时候，我们的氢气小伙伴可是个明星，氢气可不能被小看了，虽然它看起来轻飘飘的，实际上却能给我们带来强大的能量！负极材料一般用的是一些合金或碳材料，像是氢化物、活性炭，这些家伙们就像是负极的守护神，负责把氢气存储好，再把它们释放出来。
想象一下，氢气在这里就像是被囚禁的小鸟，随时准备飞向天空，带来无尽的能量，简直太赞了！这两个极材料的搭配就像是最佳CP，缺一不可。
就像牛奶和咖啡，分开没啥意思，混在一起才有那种醇厚的香气。
正极的氧化物负责吸引电子，负极的氢气则源源不断地供给，两个在一起，哇哦，电流就这样诞生了！而且这整个过程产生的废物基本上就是水，环保得让人想给它点赞！试想一下，喝水的时候顺便能想到这水是怎么来的，真是牛逼！说到这里，有些人可能会问了，哎，为什么用氢氧燃料电池呢？这不是在讲究效率和环保吗？哎呦，没错！这玩意儿相较于传统的燃油车，简直就是绿色先锋。
想想那些冒烟的汽车，简直像个行走的污染源，而氢氧燃料电池却能让我们享受无污染的驾驶体验，开车的时候只需喝水，爽得不行。
不过，话说回来，氢氧燃料电池也不是没有问题。
技术上还需攻克的难关不少，特别是在成本和氢气的储存和运输上。
说到储存，这氢气就像是个调皮的小孩子，存放不当可就炸了，安全问题可不能马虎。
就像那句老话，安全第一，生产效率第二，这在氢氧燃料电池的世界里可不是随便说说的。
燃料电池双极板流场研究现状与分析
燃料电池双极板流场研究现状与分析摘要：燃料电池对于解决环境污染、能源危机具有十分重要的意义。
本文首先介绍了几种比较常见的燃料电池双极板类型，简要指出各种类型的不足,以期对流场板及电堆的设计起到参考作用；最后分析了最新流道研究进展，旨在为进一步的后续工作有所启示和帮助。
关键词：膜燃料电池；双极板；流道；进展1直通道流道直通道流道是一种适应于低压燃料电池的流道，结构简单且易加工，由于流道短的特点，反应气存留在流道的时间也短，不利于反应气到达催化剂层发生电化学反应，在阴极产生的水因不能顺利排出极易出现“水堵”，图1为直通道流道示意图。
图1 直通道流道板2蛇形流道如图2所示为蛇形流道，其优点主要体现在反应气流量大和流道长，有利于反应气渗透到催化层，又因其流速大的特点，产生的水易排出。
缺点主要有气体压降大，不利于催化剂的充分利用和气体分布的均匀性。
图2 蛇形流道3交指型流道交指形流道结构（图3）通过强制对流，迫使氢气、氧气和水蒸气达到扩散层。
并且，在水管理方面也要比其它流道的设计处理的更好。
但是，正因为采用强制对流的方法，导致了非常明显的压降损耗。
图 3 交指型流道4变截面直流道图4是两种变截面直通流道，图4（b）是图4（a）的一种优化改进流道。
这两种流道分别从宽度和深度交替变化，是反应气体在流动过程中更流畅。
但是这也极大地增加了加工的难度，提高了加工成本。
（a）变截面流道基本结构（b）优化后结构图4 流道截面循环变化型流道5新型流道除了最常见的直通道、蛇形、交指型等流场，点状流场和网状流场也有部分研究，还有不断开发的新型流场如基于仿生学的仿生流场、螺旋流场等。
2014 年末，日本丰田推出燃料电池车“MIRAI”，同时也出现了一种新的流场板设计，即创新型的阴极流场——三维细网格结构流场，其结构如图所示。
（a）（b）图5三维细网格结构流场结论通过对以上各种流道形状以及优劣点的分析和研究，每种流道都具有其他流道所不能比拟的长处，现目前的流道，没有哪一种流道能够涵盖所有流道的优点。
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。
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（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）
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
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）
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来自制法石墨板 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
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
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