质子交换膜燃料电池双极板材料的研究.pdf

·246· 材料导报 2005年11月第19卷专辑V 质子交换膜燃料电池双极板材料的研究 阴 强1 李爱菊1 王威强2 王彦明3 张继明1 (1山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室，济南250061； 2山东大学机械工程学院，济南250061；3山东大学土建与水利学院．济南250061) 摘要 双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，具有隔离反应介质、收集电流、提供气体通道的作用。 寻找性能低且成本优良的双极扳材料已成为质子交换膜燃料电池产业化技术研究中的重要课题。综述了各种双极扳 材料的优缺点，提出了双极板材料的发展方向。 关键词 质子交换膜燃料电池双极板 Materials for Bipolar Plates in Pmt蚰一exchange M绷br孤e Fuel Cells YIN Qian91 LI A巧u 1 WANG Weiqian92 WANG Yanmin93 ZHANG Jimin91 (1 Key Lab．for Liquid Struct【lre and Heredity of Mate打als，Ministry。f Education，S}landong Univ．．Jinan 25006l 2 SchooI of Mechallical EIlgineering，Shandong Univ，Jinan 250061； 3 School 0f Civil and Hydraulic Engineering，Shndong Univ．，Jinan 250061) Abs咖t Bipolar pIate is 0ne 0f the key components fo。pr。t。T卜exchallge nlembrane fuel cells(PEh{RC)， which has the functions of isolating reactants，c。11ecti“g curr朗t and providir培c}1annels for reaction gas．The inlportant task of PEh伍C indust^aIization is t0 look for bettel一capability and locost bip01ar plate rnaterials．The advantage afld disadvantage of varbus materiaL喜a弛re访ewed，and t}忙future deve帅ir培trend is discus蒯． Key words proton exchIlge rn町Ilbm耻(PEM)，fueI ceUs’bip。lar plates 质子交换膜燃料电池是一种将燃料和氧化剂中的化学能直 接，连续地转变成电能的发电装置。燃料电池由于其能量转化 效率高、污染小、排放二氧化碳少等诸多因素，备受各国政府与 科学家的重视，被认为是21世纪首选的洁净、高效的发电装 置o]。而其中最主要元件是双极板，所占费用比较高，一般的质 子交换膜燃料电池成本，中双极板的费用在60％～70“之 间o]。因此，选用合适的电极板材料，降低双极板的成本，对于 质子交换膜燃料电池的产业化具有重要意义。 双极板作为燃料电池的主要元件，起着集流、分隔氧化剂与 还原剂并引导氧化剂和还原剂在电池内表面流动的作用o]。因 此双极板材料的选择应满足：①必须具有阻气性能．材料不应选 择多孔透气材料；②必须是电的良导体；③必须是热的良导 体；④必须具有抗腐蚀能力-⑤应质量轻、强度好，并且适于批 量加工Ⅲ1。 目前质子交换膜燃料电池广泛采用的双极板材料主要有不 透性石墨材料、金属材料蛆及复合型材料3种。本文将综述各 种材料的优缺点，为双极板的研究提供参考。 1石墨双极板 1．1石墨板材料 质子交换膜燃料电池双极板所采用的石墨材料主要是石墨 以及石墨与其他物质的复合材料。 (1)纯的石墨材料 石墨是传统的双极板材料，其耐腐蚀、抗氧化等特性可以满 足双极板对导电和抗腐蚀的要求，并且质量轻，有利于降低燃料 电池的功率密度，天津大学已经制成纯的柔性石墨双极板l“。 但石墨材料的机械强度较差，流道机加工困难、需用复杂的工艺 措施解决介质渗透等同题。因此目前纯的石墨材料往往不被应 用，而采用的是石墨与其他物质的复合材料。 (2)石墨／树脂材料 目前除传统硬石墨双极板外，只有石墨／树脂复合材料双极 板技术得到实际应用。在石墨／树脂材料中，树脂作为粘结剂， 用以增强石墨板的机械强度，并提高其阻气性能。 bwrance等”3采用石墨／氟塑料复合材料作为双极板．能 够有效地提高其机械强度，但是这种材料加工期长，制板成本偏 高。为了缩短周期、降低成本，En·anueIson等”1提出用