燃料電池中的“稀世之寶”——石墨雙極板

雙極板又稱集流板，是燃料電池重要部件之一。具有下述功能與性質：分隔燃料與氧化劑，阻止氣體透過；收集、傳導電流，電導率高；設計與加工的流道，可將氣體均勻分配到電極的反應層進行電極反應；能排出熱量，保持電池溫場均勻；耐蝕；抗沖擊和震動；厚度??；重量輕；同時成本低，容易機械加工，適合批量制造等。

而石墨雙極板就是其中一種材質的產品，其用途廣泛，性能高效，可用于電化學電池的電極材料，由石墨和多種添加劑組成。它的主要作用是提供電池反應所需的反應表面，同時具有良好的導電性、穩定性和耐腐蝕性。

石墨雙極板通常用于燃料電池和電解池等氫能源領域的電池中，主要具有以下作用：

1.為電化學反應提供反應表面: 石墨雙極板可以在其表面提供足夠的反應表面以增強電化學反應，提高電池的效率和性能。

2.提供電子傳輸通道: 石墨雙極板是電化學反應中的電子傳輸通道，可以通過具電性將電子傳遞給電解質，從而實現電池反應。

3.增強耐腐蝕性:石墨雙極板具有較好的耐腐蝕性能，能夠抵御電化學反應中的腐蝕，延長電池的使用壽命改善電池性能:石墨雙極板通過改變其孔隙度、比表面積和導電性等特性，可以改善電池的性能，并且可以根據具體的應用場景進行定制。

因此，石墨雙極板是一種重要的電極材料，它的特性可以影響電池的效率、性能和壽命，對于氫能源領域的電化學應用具有重要意義。但是，石墨的孔隙率大、力學強度較低、脆性大，為了阻止工作氣體滲過雙極板，且滿足力學性能的設計，石墨雙極板通常較厚，導致石墨材料的體積和質量較大。另外，由于石墨材料的加工性能差、成品率低，使得制造成本增加。

純石墨板一般采用碳粉或石墨粉與瀝青或可石墨化的樹脂來制備。石墨化的溫度通常高于2500℃，且石墨化過程必須按照嚴格的升溫程序進行，制備周期長，從而導致純石墨板價格高昂。用可膨脹石墨膨化得到的石墨蠕蟲直接壓制出不同密度的柔性石墨板，這些柔性石墨的性能穩定、導電性好、耐腐蝕、有自密封作用并且易加工，是很好的流場板材料。

現專家已經研制出一種整片石墨板的制備方法，其密封邊緣部分無孔或孔極小，但工作部分孔隙率大，從而導致能耗高；采用真空加壓方法用硅酸鈉濃溶液浸漬石墨雙極板，然后加熱使之轉變為SiO2，這種方法大大降低了空隙率；此外有專家還使用石墨粉和炭化熱固性酚醛樹脂混合注塑制備雙極板。采用這種方法制得的雙極板強度達到了燃料電池所需的要求，但電阻率大，比純石墨雙極板大10倍左右；采用石墨薄片疊加的方式，將石墨與支撐材料板組合在一起制作雙極板，這種雙極板材料的電流密度和電池電壓有明顯的提高；采用在石墨板上涂覆薄層金屬的方法來避免材料中的樹脂降解。

由此可知，石墨雙極板材料具有良好的耐蝕性和電導率，可以滿足雙極板長期運行的要求，但是石墨材料的加工性能差，制造成本高，但是近幾年的研究已經使得石墨雙極板的力學性能和成本有了很大改善，在近幾年石墨雙極板已經成為逐漸獲得眾多企業家青睞的領域。