广州顺天装备制造有限公司

   质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将化学能转化成电能和热能的装置，具有能量转化效率高、启动迅速、环境友好、工作安静、可靠性高等优点，应用前景广阔，但目前双极板制造成本偏高、体积比功率偏低，严重制约了PEMFC的产业化进程。作为PEMFC关键件，双极板的质量占到整个燃料电池堆的60%～80%，占总成本的40%～60%。双极板的主要功能是分隔反应气体、均匀导入反应气体、收集并传导电流、支撑膜电极、实现整个燃料电池系统快速散热和排水。为此，双极板应具有良好的导电性能、导热性能、耐腐蚀性能、阻气性能以及一定的机械强度，表1为美国能源部(DOE)提出的车载PEMFC双极板的性能指标。

     金属化合物如TiN、TiC、TiCN和CrN等因具有良好的导电、耐腐蚀、抗氧化的特性，也受到PEMFC研究者重视。美国专利(US:6083641,2000)介绍了TiC双极板的成形方法。先将TiC粉末与适量的添加剂（如聚乙烯、聚酞胺、聚乙醚酮等）均匀混合，然后在加热(175～190°C)加压(10000～40000Pa)条件下压制成双极板。这种金属化合物双极板抗腐蚀性能、热稳定性好，电导率极高，具有良好的机械特性，并克服了TiN、TiC、TiCN和CrN等涂层的不致密性问题，但是成本远高于普通金属。Hentall等通过在高温环境中往钛板表面注入氮离子，从而在表面形成TiN保护层，达到耐腐蚀抗氧化的目的，经测试这种双极板具有良好的表面接触特性和耐腐蚀性，但该技术难度大，限制其生产规模及应用面。

    铝、镁、钛等金属密度小、机加工性能强，又具有良好的导热、导电性，但这类材料化学性质过于活泼，极易氧化，且质地较软，机械强度不足，需表面处理（如电镀、化学镀、物理气相沉积、化学气相沉积和喷射模塑等）以提高其综合性能。Alan等用电镀的方法在铝、镁等合金的基体上电镀贵金属涂层以达到保护基体金属的目的。Mokohyama等将喷射模塑法和物理气相沉积法(PVD)相结合制造了铝合金双极板，这种方法能够同时完成涂层制备和流场加工。美国专利(US:RE37284,2001)提出采用磁电管喷射法制作涂层，涂层厚度达到300nm，制造的双极板密度小、厚度薄，实用性较强。经表面改性的轻金属合金双极板接触电阻接近石墨双极板，优于合金双极板和金属化合物双极板，但其加工技术难度大，成本高，某种程度上制约了其产业化应用。