碳基復(fù)合材料模壓雙極板研究進展

馮利利，陳 越，李吉剛，湯思遙，杜軍釗，李彤巖，李星國

1) 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083 2) 北京華勝信安電子科技發(fā)展有限公司，北京 100085 3) 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院, 稀土材料化學(xué)及應(yīng)用國家重點實驗室，北京分子科學(xué)國家實驗室，北京 100871

質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs）是消耗氫氣和氧氣，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)[1]，無需像鋰電池那樣需要充電才可發(fā)電[2]，且廢舊電池中重金屬含量少，廢棄后比鋰離子電池易于回收，對環(huán)境造成的影響更小[3]. PEMFCs發(fā)電過程不經(jīng)過熱機過程、不受卡諾循環(huán)限制，理論能量利用率達85%～90%[4]，實際效率達65%[5]，遠高于傳統(tǒng)燃油汽車21%的能量利用率[6]，而且產(chǎn)物僅為水，相對于水電、火電、核電等傳統(tǒng)發(fā)電方式，具有高效、綠色無污染等優(yōu)勢. 雙極板在電堆中的重量占比約為70%～80%，成本占比約為25%～40%[7–8]，其通過氣體流道分配反應(yīng)氣體，導(dǎo)出反應(yīng)產(chǎn)物水，在電池中起傳輸電子，提供機械支撐的作用[9–10].

雙極板根據(jù)制備材料的不同分為金屬雙極板、石墨雙極板和復(fù)合雙極板[11–12]. 金屬板材經(jīng)沖壓形成帶流道的雙極板稱為金屬雙極板，其通過表面改性獲得保護涂層，但在長期（>1000 h）嚴苛工作條件下，涂層會被腐蝕失去保護作用[1]. 石墨雙極板為高密度的石墨在高溫高壓下石墨化并經(jīng)機械加工形成氣體流道的一種雙極板，其壽命較長，但石墨較脆，加工工藝要求高，制備難度與成本較高[12–13]. 復(fù)合雙極板由樹脂混合石墨粉（Graphite，G）和增強材料形成預(yù)浸……