康王冠， 郭朋彦，2， 张瑞珠

（1.华北水利水电大学机械学院， 河南 郑州 450045；2.河南省新能源车辆热流电化学系统国际联合实验室， 河南 郑州 450045）

1 引言

伴随着社会生产力的进步，大量化石燃料被使用，由此引起的一系列环境以及能源问题愈演愈烈。质子交换膜燃料电池（PEMFC） 作为一种利用氢能源的新形式，具有理论零排放、较高的功率密度和效率、相对较低的工作温度以及快速启动能力等优点，被认为有替代内燃机的潜力。研发和推广质子交换膜燃料电池可以减少传统化石燃料的使用[1]，减少环境污染。然而PEMFC燃料电池的商业化之路仍困难重重，主要表现在其耐久性、可靠性和成本方面。美国能源部（DOE）要求双极板的成本目标在2025年达到2$/kW，但直到2019年，BP的成本为5.4$/kW，甚至远高于2020年能源部的目标（3$/kW）[2]。

燃料电池的核心零部件是双极板及其膜电极组件，而膜电极又由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层组成。双极板的主要功能包括提供机械支撑、收集电流、分隔阴阳极反应场所、排出反应产物、散热等，这就要求双极板必须具有优秀的机械强度、导电性、抗渗透性和导热性[3]，并且为了能够在50～90℃、低pH值等环境下工作，双极板也需要满足一定的耐腐蚀性。在整个燃料电池堆的成本中，双极板占到了20%～30%，质量占到了60%～80%，体积更是占到了80%以上[4]。根据2018年的燃料电池汽车成本分析，燃料电池电堆约占系统总成本的45%，而在电堆成本中占比最大的是膜电极组件和双极板。因此，从双极板着手降低成本，将会对燃料电池商用性产生较为明显的提升。……