质子交换膜燃料电池双极板材料研究进展

来源期刊：材料导报2018年第15期

论文作者：李俊超 王清 蒋锐 吴爱民 林国强 董闯

文章页码：2584 - 5195

关键词：燃料电池;双极板材料;金属及合金;涂层;石墨;复合材料;

摘    要：燃料电池是把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统,是继水电、火电和核电之后第四种发电装置。其中,质子交换膜燃料电池有着寿命长、比功率和比能量高、室温下启动速度快等优点,可作为移动式电源和固定式电源使用,且在军事、交通、通讯等领域有着广阔的应用前景,被认为是适应未来能源与环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一,占据了电池组很大一部分的质量和成本,且承担着均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。为了满足这些功能需要,理想的双极板应具有高的热/电导率、耐蚀性、低密度、良好的力学性能以及低成本、易加工等特点。但目前生产的双极板存在耐蚀性和导电性匹配性差、生产成本高和寿命短等问题。实现双极板材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,即在保证导电性合理的前提下,实现高的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命,是燃料电池商业化的关键环节之一。目前广泛用作质子交换膜燃料电池双极板的基体材料主要有石墨材料、金属材料及复合材料三种。这三种材料制成的双极板有不同的优缺点,但综合而言均不能满足双极板的性能要求。针对以上问题,近几年来研究者利用掺杂或表面改性的方法,在弥补双极板材料的性能不足方面取得了较多的成果,很多改进后的材料已经可以满足美国能源部提出的性能要求。本文系统总结了上述三类常见的双极板材料,详细综述了近年研究较为深入的金属双极板的涂层材料,并归纳了各种涂层与不锈钢、铝合金、钛合金基材组合的双极板的性能。文末展望了双极板特别是金属双极板材料的发展方向。