廣州順天裝備制造有限公司

   質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種將化學(xué)能轉化成電能和熱能的裝置，具有能量轉化效率高、啟動(dòng)迅速、環(huán)境友好、工作安靜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應用前景廣闊，但目前雙極板制造成本偏高、體積比功率偏低，嚴重制約了PEMFC的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。作為PEMFC關(guān)鍵件，雙極板的質(zhì)量占到整個(gè)燃料電池堆的60%～80%，占總成本的40%～60%。雙極板的主要功能是分隔反應氣體、均勻導入反應氣體、收集并傳導電流、支撐膜電極、實(shí)現整個(gè)燃料電池系統快速散熱和排水。為此，雙極板應具有良好的導電性能、導熱性能、耐腐蝕性能、阻氣性能以及一定的機械強度，表1為美國能源部(DOE)提出的車(chē)載PEMFC雙極板的性能指標。

     金屬化合物如TiN、TiC、TiCN和CrN等因具有良好的導電、耐腐蝕、抗氧化的特性，也受到PEMFC研究者重視。美國專(zhuān)利(US:6083641,2000)介紹了TiC雙極板的成形方法。先將TiC粉末與適量的添加劑（如聚乙烯、聚酞胺、聚乙醚酮等）均勻混合，然后在加熱(175～190°C)加壓(10000～40000Pa)條件下壓制成雙極板。這種金屬化合物雙極板抗腐蝕性能、熱穩定性好，電導率極高，具有良好的機械特性，并克服了TiN、TiC、TiCN和CrN等涂層的不致密性問(wèn)題，但是成本遠高于普通金屬。Hentall等通過(guò)在高溫環(huán)境中往鈦板表面注入氮離子，從而在表面形成TiN保護層，達到耐腐蝕抗氧化的目的，經(jīng)測試這種雙極板具有良好的表面接觸特性和耐腐蝕性，但該技術(shù)難度大，限制其生產(chǎn)規模及應用面。

    鋁、鎂、鈦等金屬密度小、機加工性能強，又具有良好的導熱、導電性，但這類(lèi)材料化學(xué)性質(zhì)過(guò)于活潑，極易氧化，且質(zhì)地較軟，機械強度不足，需表面處理（如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積和噴射模塑等）以提高其綜合性能。Alan等用電鍍的方法在鋁、鎂等合金的基體上電鍍貴金屬涂層以達到保護基體金屬的目的。Mokohyama等將噴射模塑法和物理氣相沉積法(PVD)相結合制造了鋁合金雙極板，這種方法能夠同時(shí)完成涂層制備和流場(chǎng)加工。美國專(zhuān)利(US:RE37284,2001)提出采用磁電管?chē)娚浞ㄖ谱魍繉?，涂層厚度達到300nm，制造的雙極板密度小、厚度薄，實(shí)用性較強。經(jīng)表面改性的輕金屬合金雙極板接觸電阻接近石墨雙極板，優(yōu)于合金雙極板和金屬化合物雙極板，但其加工技術(shù)難度大，成本高，某種程度上制約了其產(chǎn)業(yè)化應用。