氫燃料電池電堆將多個串聯的氫燃料電池單體、集流板和絕緣板等零部件封裝在一起，其中每個電池單體都由雙極板、膜電極以及密封件組成，每兩個膜電極單元間就有一個雙極板。

雙極板又稱集流板，被稱為氫燃料電池的“骨架”。一般情況下，雙極板占電堆總質量的60%-80%，占總成本的20%-30%。在燃料電池中，雙極板具備6大基本功能，即分離各個電池、輸送反應氣體、提供電氣連接、去除水副產物、消散反應熱、承受夾緊力。

雙極板作為PEM制氫和氫燃料電池的關鍵部件之一，基體材料需具備高強度、耐腐蝕性、氣密性好、高導電性等特點，材料的選擇將直接決定電堆輸出功率的大小和使用壽命的長短。

按照材料的不同，目前市場上氫燃料電池的雙極板大致可分為三類：石墨雙極板、金屬雙極板和復合雙極板。

一、石墨雙極板

石墨雙極板是國內PEMFC最常用的雙極板材料，其原材料主要有石墨粉和膨脹石墨：

石墨粉是一種礦物粉末，主要成分是碳單質，具備良好的耐高溫性、可塑性和導電、導熱性等。

膨脹石墨是一種新型功能性碳素材料，由天然石墨鱗片經插層、水洗、干燥、高溫膨脹所得，具備天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性和耐輻射性等特性。

石墨雙極板的生產加工主要分為兩類:

一是膨脹石墨復合材料的板材，經過光、成型、去除后滲透樹脂、硫化、粘合、密封硫化工藝，形成雙極板產品。

此工藝使用膨脹石墨材料，產品具有較高的導電性和熱傳導性。該工藝也能有效滿足雙極板外形、表面幾何輪廓和機械尺寸的要求。

圖源：DT新材料

二是石墨粉末與樹脂混合材料的成型/注射成型工藝。此工藝利用石墨粉末與樹脂混合材料的特性，滿足產品表面疏水性要求。

石墨雙極板的優點在于高耐久性和耐腐蝕性，而且成本相對較低，適用于客車、物流車、環衛車、叉車等商用車領域。然而，石墨雙極板也存在一些缺點，如抗壓、抗彎強度低，導致易碎、組裝困難以及體積較大等不足。

二、金屬雙極板

金屬雙極板在成本和機械性能方面具有優勢，逐漸占據市場主流。到目前為止，不銹鋼、鋁合金、鈦合金、鎳合金、銅合金和金屬基復合材料均被應用于雙極板制造，其中不銹鋼既包含了不銹鋼可塑性高的特點，也具備金屬良好的導電性，被認為是金屬雙極板的最佳材料之一。

通常來說，金屬雙極板采用沖壓與液壓成型工藝，用壓力裝置和剛性模具對板材施加一定的外力，使其產生塑性變形，即將0.1mm的超薄金屬板，沖壓成陰陽單極板，后由兩塊單極板通過連接工藝對應連接而成。

圖源：氫電邦

金屬板相對更薄，體積功率密度更高，更適用于高功率型電堆，廣泛應用于乘用車。但金屬板的耐久性較差，受金屬材料影響，其制備成本較高，并且在高溫環境下可能會發生氧化反應，在酸性的反應環境中易被腐蝕。

值得一提的是，金屬雙極板若實現大規模批量生產，會極大程度降低生產成本，目前正成為業界研究的熱點。

三、復合材料雙極板

復合雙極板由兩種以上材料組成，合成其他材料，目前主要有碳/碳復合雙極板和石墨/聚合物復合雙極板。復合雙極板將石墨材料的耐蝕性與金屬材料的易加工、高硬度特性相結合，旨在克服石墨材料與金屬材料的缺陷。

現階段，以鋁合金、碳鋼等金屬合金與316L、310L不銹鋼為基底的陽極板的表面改性成為研究熱點，主要包括碳基涂層表面改性、金屬氮化物涂層表面改性與聚合物涂層表面改性。

然而，復合材料雙極板的加工周期長、生產過程繁瑣復雜，長期工作可靠性較差限制了其廣泛應用。并且，表面涂層技術對設備要求嚴格，特別是表面電鍍貴金屬的成本過高，不利于大規模生產，但復合雙極板在特殊應用場景中具有一定優勢。

總結

圖源：百度

雙極板是燃料電池的重要構成部件，尋找性能優良且成本低廉的雙極板新材料和制備方法，是燃料電池汽車產業化的重要課題。在各種雙極板材料中，金屬雙極板在導電性、抗疲勞性等方面具有優勢，較石墨雙極板更利于實現小型化，對提高燃料電池電堆的功率密度具有重要意義。

未來，開發出優良的耐蝕性、導電性涂層或新型的雙極板金屬材料將極大地促進PEMFC在乘用車領域的應用。不僅如此，技術的進步推動成本的降低同樣關鍵，加快雙極板產品從實驗室成果轉化為工業產品，是降本增效的最直接途徑。