雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵零部件，其中包括碳（非金屬）和金屬兩種材料。隨著燃料電池市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，業(yè)界對(duì)短期和長(zhǎng)期使用的最佳材料，以及每種材料是否更適合某些應(yīng)用存在爭(zhēng)議。

巴拉德開(kāi)發(fā)燃料電池已有35年，在碳雙極板和金屬雙極板材料方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。我們通過(guò)內(nèi)部加速測(cè)試引領(lǐng)市場(chǎng)，并將燃料電池應(yīng)用于數(shù)個(gè)重要的乘用車(chē)、公交車(chē)和卡車(chē)項(xiàng)目，以便用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證測(cè)試方案。我們擁有技術(shù)性能數(shù)據(jù)，最近還請(qǐng)了第三方專(zhuān)家進(jìn)行成本研究，以確定最具成本效益的雙極板材料。本文將圍繞耐久性、功率密度和大批量制造成本等方面分享為什么碳雙極板總體上是更優(yōu)秀的解決方案。

優(yōu)化質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的材料選擇

雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池中必不可少的材料，它們連接每片電池間電流通路，并提供必要的反應(yīng)氣體，同時(shí)除去電池中的反應(yīng)副產(chǎn)物。

金屬雙極板通常被認(rèn)為是長(zhǎng)期成本目標(biāo)的更好選擇，這在很大程度上是由于誤認(rèn)為碳雙極板的大規(guī)模生產(chǎn)成本較高而僅適用于低產(chǎn)量。但金屬雙極板也有某些明顯的缺點(diǎn)，可對(duì)成本、耐用性和性能造成影響。

讓我們看一下金屬雙極板和碳雙極板之間的一些關(guān)鍵差異。

使用金屬雙極板有哪些問(wèn)題？

1、腐蝕傾向

由于金屬雙極板在酸性環(huán)境中具有固有的反應(yīng)傾向，極易發(fā)生腐蝕。為了防止這種腐蝕并延長(zhǎng)其使用壽命，它們需要添加昂貴的保護(hù)涂層。這一額外的加工步驟增加了金屬雙極板的成本，并且在需要10,000小時(shí)使用壽命要求的應(yīng)用中留下了長(zhǎng)期潛在的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

2、總體成本較高

除了特殊保護(hù)涂層的成本外，金屬雙極板本身的材料本質(zhì)上更昂貴。此外，與碳雙極板相比，制造加工成本更高。

3、壽命短

金屬雙極板已針對(duì)汽車(chē)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)期壽命為5,000小時(shí)。但在重型燃料電池車(chē)輛應(yīng)用中，例如需要雙極板壽命超過(guò)20,000小時(shí)的公交車(chē)和卡車(chē)，金屬雙極板尚未在現(xiàn)實(shí)工況下證明這樣的性能，而碳雙極板可以。

碳雙極板的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？

在下面的信息圖中，我們將展示將碳雙極板用于質(zhì)子交換膜燃料電池的一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。

碳雙極板的成本、耐用性和功率密度優(yōu)勢(shì)

1、較低的前期和長(zhǎng)期成本

碳雙極板的成本比金屬雙極板要低得多。它們前期成本較低，未來(lái)還可通過(guò)制造改進(jìn)降低長(zhǎng)期成本。巴拉德最近與StrategicAnalysis公司完成了一項(xiàng)金屬與碳雙極板成本制造的研究。研究結(jié)果證實(shí)，碳雙極板是所有生產(chǎn)規(guī)模中成本較低的選擇。

研究表明，當(dāng)在大批量生產(chǎn)中使用碳雙極板時(shí)，由于碳雙極板的高耐用性，原始設(shè)備制造商可以為中型車(chē)輛的燃料電池電堆節(jié)省5美元/千瓦，為乘用車(chē)的燃料電池電堆節(jié)省3美元/千瓦。

此外，巴拉德的碳雙極板比原始燃料電池電堆壽命更長(zhǎng)。一旦電堆達(dá)到其使用壽命，巴拉德就可以將膜電極組件（MEA）取出并回收催化劑。然后，我們可以使用循環(huán)原始的碳雙極板和硬件，便可將電堆重新投入使用，恢復(fù)到原始的產(chǎn)品規(guī)格。而金屬雙極板不能重復(fù)使用。

這與購(gòu)買(mǎi)全新的電堆相比，成本要便宜得多。另外，由于目前雙極板占電堆整體成本的20-30％，因此可節(jié)省的成本十分可觀。目前，巴拉德已有數(shù)百萬(wàn)個(gè)循環(huán)使用的碳雙極板在正常使用中。

2、更高的耐用性

使用碳雙極板的燃料電池電堆已經(jīng)在一系列應(yīng)用中證明了它們的壽命和耐久性。如今，金屬雙極板僅限于對(duì)壽命要求不高的乘用車(chē)應(yīng)用，約為5,000小時(shí)。而碳雙極板在燃料電池公交應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)超過(guò)3萬(wàn)多個(gè)小時(shí)的無(wú)故障運(yùn)行。

此外，數(shù)千個(gè)使用碳雙極板的巴拉德燃料電池電堆已在物料搬運(yùn)車(chē)輛中運(yùn)行超過(guò)10,000小時(shí)。

3、靈活性設(shè)計(jì)帶來(lái)更好的性能

雙極板的可成型性高低可影響電堆功率密度的高低。金屬材料的成型性較低，單面壓印內(nèi)容都在反映在反面上。相比之下，對(duì)于碳雙極板，設(shè)計(jì)人員具有更高的設(shè)計(jì)靈活性，可以更自由地創(chuàng)造真正的3D設(shè)計(jì)。這使得燃料電池電堆的壽命更長(zhǎng)、性能更高、重量更輕，并且具有優(yōu)越的低溫啟動(dòng)能力。

4、使高功率密度電堆成為可能

碳雙極板無(wú)需涂層和焊接工藝，與金屬雙極板生產(chǎn)相比具有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。大批量生產(chǎn)高質(zhì)量的薄碳雙極板是符合大眾認(rèn)知的。巴拉德設(shè)計(jì)的碳雙極板電堆功率密度為4kW/L，可與金屬雙極板解決方案相媲美。

5、巴拉德碳雙極板解決方案

根據(jù)應(yīng)用要求，巴拉德可以優(yōu)化雙極板屬性和工藝，以滿足成本和功率密度目標(biāo)。通常，高功率密度雙極板略貴，但仍比相同功率密度的金屬雙極板便宜。

結(jié)論

巴拉德?lián)碛虚_(kāi)發(fā)輕型和重型應(yīng)用的金屬和非金屬雙極板的能力和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。我們的研究和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)清楚地表明，碳雙極板是最好的解決方案。對(duì)于需要耐用性以滿足關(guān)鍵生命周期成本目標(biāo)的中重型車(chē)輛尤其如此。

碳雙極板技術(shù)在所有板材產(chǎn)品中提供最高的耐用性。它能以低成本大批量生產(chǎn)，具有極強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)力（大約是金屬雙極板解決方案成本的一半），并且具有高功率密度的設(shè)計(jì)能力。

碳雙極板是期望獲得更好性能、更低成本和更長(zhǎng)產(chǎn)品壽命的車(chē)輛制造商的最佳選擇。