利用BMC方法制作燃料电池用导电性双极板

1、利用BMC方法制作燃料电池用导电性双极板为解决经济发展和能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾、开拓清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成为十分紧迫的任务。氢是一种可储藏运输、燃点较高、热值相当汽油的3倍，各国在制定未来能源政策时，都把发展氢能作为主攻方向之一，而燃料电池正是氢能时代的最佳能量转换装置。不过燃料电池自19世纪80年代发表第一个专利以来，一直到现在仍未商品化，其原因归根到底还是材料问题没有得到解决。目前，燃料电池已经进入商业化前夜，而国外质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板已经初步具备产业化能力。从结构上看，燃料电池一般有30500个单电池构成电池堆(图一)，单电池依次由阳极

2、、电解质基质和阴极构成(图二)，双极板的作用是连接上一个单电池的阳极与下一个单电池的阴极，保证反应气体在电极的整个表面上均匀分布，从前一个阴板收集电流传给下一个阳极，即双极板不但形成提供反应物和产物的流场，同时要传导电流，双极板的体电阻及接触电阻将影响电池内部的欧姆压降。 图一 PEMFC的电池堆简图图二 单电池结构及工作原理双极板的功能及材料相关的要求：分隔氧化剂和还原剂，必须有阻气功能，不能用多孔透气材料；有收集电流的作用，必须是电的良导体、还应是热的良导体；双板板同时处于氧化介质和还原介质环境，必须在一定温度和电位下具有抗腐蚀能力；双极板两侧置有反应气体均匀分布的流场，布置紧凑必须越薄越

3、轻越好。在当前的状况下，PEMFC双极板主要采用不透性石墨材料和金属材料。在燃料电池环境下，石墨的耐腐蚀性能最好，电导率也高但成本昂贵，约占电池成本的50%60%。金属双极板具有高的电导率和好的力学强度，但耐腐蚀方面成了难题。这就导致国内外众多家学院和研究所关注树脂基炭复合材料（可能各家的叫法不完全一致）。(图三)图三 树脂基炭复合材料制双极板目前树脂基炭复合材料双极板的技术指标序号电导率 S/CM弯曲强度MPa腐蚀率CM-2氢气渗透率CM3CM-2S-1制品成本USD/KW10050162*10-6103003010-717032N/A电阻 20mCM2301ACM-2 5*10-6100元

4、/KW表中（）为美国能源部（DOE）对碳质填料/聚合物复合材料双极板的性能要求。（）为清华大学邹彦文教授所领导的工作小组用石墨/酚醛改性乙烯基树脂所得双极板的数据。（）台湾省清华大学陈科宏、陈世明、马振基等于2002年所研究公布的石墨/改质酚醛树脂双极板的数据。（）为我国家863计划“节能与新能源汽车”重大项目2006年度课题申请指南。研究方向9：新型燃料电池电堆双极板应用技术研究中指定了 薄型模压石墨双极板的具体指标。在制作成本一栏，DOE提出10 USD/KW的指标，有人依此推算这种复合材料的单块双极板的成本。如果以500CM2（相当于223*223MM*3MM.300G左右）双极板的成本

5、应控制在1.02.0 USD。见：FUEL CELL CATALYST.PAGE 3.VOL.2，NO.1 FALL 2001利用BMC方法制作燃料电池用高阻氢高耐热复合导电性双极板材料的技术是由台湾省清华大学化工系马振基教授提出，并已取得相应发明专利(93141542)。薄型化板厚达1.5mm，电导率大于200s/cm，弯曲强度38.44MPa，热变形温度286C，气体渗透率810-8 CM3CM-2S-1且符合UL-94V0及L.O.I.50。是有效降低成本简化制作流程的途径。美国BMCI（BULK MOLDING COMPOUND，INC.）从2000年就着手研究BMC型式的双极板材料，已经越上了好几个台阶，目前已有商品级的最新牌号为BMC845（含30%G.F.）的双极板模压料可供应。 早年公布的是BMC940已达100 S/CM的要求。该公司公布的现在供应的材料价格为：2.00 USD/Ib（4.44 USD/KG）。 该公司还曾乐观地予测，如果届时全球的燃料电池进入商业化成功，则全球的BMC产销量也将比现在翻一倍？！双极板用BMC模塑料的予计开发