雙極板是燃料電池的重要部件，是電爐質(zhì)量的主要組成部分（80%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。在燃料電池運(yùn)行中起著不可或缺的作用--導(dǎo)電、氣體傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)需要具備良好的導(dǎo)電性、耐蝕性強(qiáng)、高機(jī)械強(qiáng)度、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。

雙極板的材料主要有石墨、金屬、復(fù)合材料三種。

1、石墨材料是PEMFC雙極板用最早研制的材料，其優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕性強(qiáng)、高耐久性，但不足的是制造周期長、耐壓性差、厚度達(dá)到等，目前主要應(yīng)用于專用車和客車。石墨雙極板的主流供應(yīng)商有美國POCO、美國SHF、美國Graftech、日本Fujikura Rubber、日本Kyushu Refractories、英國Bac2等。中國石墨雙極板生產(chǎn)商主要有創(chuàng)闊科技、億華通、上海弘楓等，目前基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

2、金屬雙極板機(jī)械強(qiáng)度高，韌性高，導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，可方便地加工成薄PEMFC雙極板（0.1~0.3mm），從而提高電爐的功率密度。目前主要應(yīng)用于轎車，如豐田Mirai采用的是金屬雙極板，其燃料電池模板輸出密度高達(dá)3.1kW/L，英國Intelligent Energy新一代EC200-192金屬雙極板燃料電池模塊功率密度更是高達(dá)5kW/L。金屬雙極板的主要供應(yīng)商有瑞典Cellimpact、德國Dana、德國Grabener、美國Treadstone等。國內(nèi)尚處于研發(fā)試制階段，蘇州創(chuàng)闊科技、大連新源動(dòng)力、埃德曼氫能源等企業(yè)和科研院所已開發(fā)車用燃料電池金屬雙極板生產(chǎn)線，開始在江蘇常熟市高新區(qū)打下基礎(chǔ)。目標(biāo)成為中國最大的金屬雙極板生產(chǎn)商，計(jì)劃建設(shè)1000萬片/a車用氫燃料電池金屬雙極板。

3、復(fù)合材料雙極板兼具石墨材料的耐蝕性和金屬材料的高機(jī)械強(qiáng)度特性，未來將向低成本化方向發(fā)展。復(fù)合材料雙極板的研發(fā)目前還比較少，國內(nèi)主要涉及大連新源動(dòng)力和武漢喜馬拉雅山等企業(yè)，實(shí)際應(yīng)用情況尚未見報(bào)道，但三種雙極板的具體特性如下表所示。

常用雙極板的種類與比較

雙極板作為燃料電池氣體分配、散熱的主要功能部件，質(zhì)量占80%以上，其制造材料和流場(chǎng)設(shè)計(jì)在一定程度上決定了電爐的整體運(yùn)行特性。目前，結(jié)構(gòu)薄板化、流場(chǎng)高維化、高有序化是雙極板設(shè)計(jì)的主要方向。例如，本田旗下Clarity搭載的電堆采用二維波形流場(chǎng)設(shè)計(jì)，提高了氣體在傳輸流道時(shí)撞擊墻面的概率，加強(qiáng)了垂直膜電極方向的強(qiáng)制對(duì)流過程，提高了氣體利用效率。同時(shí)，在冷卻流場(chǎng)設(shè)計(jì)中采用了“2MEA+3隔板+1冷卻流道”單元設(shè)計(jì)方式，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了薄板化設(shè)計(jì)。

事實(shí)上，流場(chǎng)的排水能力也是限制燃料電池極限電流密度提高的重要因素之一。雙極板良好的排水能力可以使氫、氧迅速、均勻、充分地?cái)U(kuò)散到催化劑表面，同時(shí)保證反應(yīng)產(chǎn)物水的及時(shí)排除，使氣液固三相界面保持在最佳狀態(tài)。豐田Mirai公司采用特殊設(shè)計(jì)的三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，通過密布的流槽引導(dǎo)氣體向擴(kuò)散層表面平滑有序流動(dòng)，同時(shí)通過流槽上下表面的親疏水改性處理及流槽周期波形陣列實(shí)現(xiàn)水與氣體流動(dòng)兩相分離在提高氣體利用率的同時(shí)，增強(qiáng)了排水能力。

另外，在考慮雙極板結(jié)構(gòu)的薄板化和復(fù)雜化的同時(shí)，為了避免厚度的降低、復(fù)雜結(jié)構(gòu)引起的材料強(qiáng)度的降低、破壞等問題，需要兼顧力學(xué)設(shè)計(jì)。