樊润林，彭宇航，田豪，郑俊生,2,＊，明平文,2,＊，张存满,2

1同济大学汽车学院，上海 200092

2新能源汽车工程中心，同济大学，上海 200092

1 引言

氢能凭借着其热值高、清洁、来源广与可再生等特点，在清洁能源领域得到了广泛的关注1-5。随着电解制氢技术、氢气储存和运输技术的不断成熟，氢能可以作为太阳能、风能等的储存载体，并可控地转化为电能进行利用。因此，氢能是优化能源结构，提高能源利用效率的重要研究领域6-9。质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)能够高效地将氢气中的化学能直接转化为电能，其理论转化效率可以达到85%-90%，具有能量转化效率高、环境友好、室温快速启动等特点。同时通过热电联产系统，氢能的能量利用效率能够进一步提升10-12。

双极板(Bipolar plates，BP)是PEMFC中的重要部件，其作用主要体现在隔离与分配氧化剂和燃料、传导电流、支撑膜电极、调节电堆内部温度等，BP在燃料电池中的装配方式如图1所示。为了满足燃料电池的工作需求，BP必须具有优越的阻气性、良好的导电性与耐腐蚀性、较好的导热性以及机械性能13-15。同时，目前BP的重量和体积约占PEMFC的80%，成本约为50%16,17。BP在保证各项功能性要求的前提下尽量地轻薄，对提升PEMFC的功率密度、降低PEMFC的生产成本有着十分重要的意义。美国能源部(DOE)提出，2020年BP应满足的关键性能指标如表1所示18。

表1 2020 年DOE设定的双极板的性能目标Table 1 DOE requirements for bipolar plate in 2020.

图1 PEMFC结构示意图27Fig. 1 Schematic diagram of a PEMFC stack 27.

依据基体材料，BP主要可分为三类：金属双极板、石墨双极板以及复合石墨双极板。由于原料的不同，三类双极板在导电性、气密性、抗弯强度、加工工艺等方面表现出较大的差异。……