石墨双极板的生产工艺

当前市场中燃料电池系统的应用主要以商用车辆为主，其中的核心部件燃料电池电堆以石墨极板电堆为主，从未来的发展来看石墨双极板仍然会长时间占有商用车市场的较大份额。那么石墨双极板为何占据着如此大的市场份额，它又是怎样一步步从石墨变成双极板呢？

根据美国能源部2017年发布的《Fuel Cell Technical Team Roadmap》报告中对燃料电池双极板性能的要求可见下表：

双极板的成本、机械性能、透气性能、抗腐蚀性能、导电性能以及表面接触电阻等作为双极板的核心指标有着严格的要求，因此石墨双极板的原材料的选取以及过程加工工艺影响着其能否满足最终目标市场的需求。

01 原材料

不同厂家制作石墨极板的工艺不尽相同，其主要材料包括石墨材料、树脂浸渗材料、固化材料等等，根据不同的石墨板工艺，原材料选材的类型、材质、规格和牌号有很大的区别。

根据不同的工艺需求石墨可以制作为粉末、卷材、板材和乳液，但其原材料主要分为三类：

石墨粉：化学反应很灵敏的物质，在不同的环境里面他的电阻率都会变，取决于石墨粉在绝缘的物体里面是否能够保证石墨粉不间断。耐高温性、化学稳定性、可塑性和抗热塑性都很好。

膨胀石墨：由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。除了具备天然石墨本身优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、耐辐射性等特性，膨胀石墨遇高温可瞬间体积膨胀150~300倍。

鳞片石墨：结晶完整，为天然显晶质石墨，其形似鱼磷状，属六方晶系，呈层状结构，片薄且韧性好，物化性能优异，具有良好的热传导性、导电性、抗热震性，耐腐蚀性等。

02 连续生产工艺

石墨双极板的连续化生产加工主要分为两大类，一类是对膨胀石墨复合材料的板材模压成型工艺，另一类是对石墨粉树脂符合材料的模压/注射成型工艺。

* 源引加拿大AFCC公司2017年公开的对这两类工艺的分析报告：

类别一：膨胀石墨板材经过砑光、成型和去料后再进入浸渗树脂、硫化、粘接和密封硫化工艺，最后形成双极板产品。

目前该工艺有如下特点：

能够很好满足极板的外形、表面几何轮廓以及机械尺寸的要求；

由于膨胀石墨材料的连续性，具有较高的导电和导热特性；

满足需要的表面疏水特性需要通过对工艺和材料协同处理来解决；

如果采用滚压工艺，其设计精度和工艺精度都要进一步改善；

合模压力、树脂比例以及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键；

类别二：首先对石墨粉与树脂的混合材料进行制备，然后对混合材料和模具进行模压前处理，接着进行模压和硫化，最后进行粘接及密封固化并形成产品。

目前该工艺有如下特点：

1.  能够很好满足极板的外形、表面几何轮廓以及机械尺寸的要求；

2.  由于混合颗粒阻断石墨材料连续性，高电流下导电率要进一步提升；

3.  满足需要表面疏水特性需要通过对工艺和材料协同处理来解决；

4.  树脂的配比和选型、硫化时间及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键

从目前氢能行业发展来看极板的生产工艺进步很快，传统石墨产业和相关制造业的转型为燃料电池双极板的生产提供了很大助力，愿燃料电池能够早日进入千家万户。

*更多专业内容请关注氢梯科技微信公众号，交流探讨~