對(duì)石墨燃料電池板優(yōu)勢(shì)的多面解析

燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置。一節(jié)燃料電池由陽(yáng)極、陰極和電解質(zhì)隔膜構(gòu)成。燃料在陽(yáng)極氧化，氧化劑在陰極還原，從而完成整個(gè)電化學(xué)反應(yīng)。電解質(zhì)隔膜的功能為分割燃料和氧化劑并起到離子傳導(dǎo)的作用。

燃料電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，核心部件是雙極板和膜電極。雙極板按材料體系主要分為兩類，即金屬雙極板和石墨雙極板。目前我國(guó)市場(chǎng)上車用燃料電池電堆以石墨板為主，包括外國(guó)公司的純石墨雙極板以及本土公司的金屬石墨復(fù)合雙極板。這類雙極板的尺寸精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、流道易于細(xì)密化、材料化學(xué)穩(wěn)定性高，而且氫氣/空氣/冷劑三腔結(jié)構(gòu)可以獨(dú)立設(shè)計(jì)，因而具有壽命與可靠性優(yōu)勢(shì)，可以完全滿足當(dāng)前階段的車用要求。但受制于厚度、重量、加工工藝、熱容等劣勢(shì)，石墨板電堆在比功率密度、量產(chǎn)成本、低溫啟動(dòng)等方面無(wú)法滿足乘用車的需求，目前只在大巴車、物流車等領(lǐng)域應(yīng)用，而且使用地域受限。

與石墨雙極板相比，金屬雙極板具有類似的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力；更好的機(jī)械強(qiáng)度、阻氣能力和抗沖擊能力，進(jìn)而使雙極板更薄更輕、可大幅度提高比功率密度；以及更少的工序和成熟的量產(chǎn)工藝，從而大幅降低量產(chǎn)成本；大幅降低的熱容使金屬板具備了更強(qiáng)的低溫啟動(dòng)能力。雖然金屬板在成型細(xì)密化、殘余應(yīng)力控制、耐蝕性、設(shè)計(jì)自由度等方面具有劣勢(shì)，但隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，相關(guān)問(wèn)題已經(jīng)得以解決。

在金屬成型方面，日本、歐洲的公司通過(guò)模壓、液壓、高速熱成型等工藝，已經(jīng)解決了流道細(xì)密化和平整度問(wèn)題；國(guó)內(nèi)多家企業(yè)也已取得突破，接近或達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平，而且成本大幅下降。

在金屬板防腐涂層方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)也已完全取得突破，使材料問(wèn)題不再是金屬板電堆壽命的短板。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)外均已趨于成熟，可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)有效規(guī)避金屬板固有的結(jié)構(gòu)缺陷。豐田Mirai、本田Clarity、現(xiàn)代Nexo等量產(chǎn)燃料電池車型均采用金屬雙極板。

相信隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，金屬雙極板以其比功率密度、低溫啟動(dòng)能力、量產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)一步確認(rèn)金屬薄板成型、表面涂層壽命等關(guān)鍵技術(shù)突破性成果的基礎(chǔ)上，必將占領(lǐng)越來(lái)越多的市場(chǎng)份額，成為燃料電池汽車的必然選擇。

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