利用BMC方法制作燃料電池用導電性雙極板

1、利用BMC方法制作燃料電池用導電性雙極板為解決經(jīng)濟發(fā)展和能源短缺及環(huán)境污染之間日益加劇的矛盾、開拓清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力技術已成為十分緊迫的任務。氫是一種可儲藏運輸、燃點較高、熱值相當汽油的3倍，各國在制定未來能源政策時，都把發(fā)展氫能作為主攻方向之一，而燃料電池正是氫能時代的最佳能量轉換裝置。不過燃料電池自19世紀80年代發(fā)表第一個專利以來，一直到現(xiàn)在仍未商品化，其原因歸根到底還是材料問題沒有得到解決。目前，燃料電池已經(jīng)進入商業(yè)化前夜，而國外質子交換膜燃料電池(PEMFC)雙極板已經(jīng)初步具備產(chǎn)業(yè)化能力。從結構上看，燃料電池一般有30500個單電池構成電池堆(圖一)，單電池依次由陽極

2、、電解質基質和陰極構成(圖二)，雙極板的作用是連接上一個單電池的陽極與下一個單電池的陰極，保證反應氣體在電極的整個表面上均勻分布，從前一個陰板收集電流傳給下一個陽極，即雙極板不但形成提供反應物和產(chǎn)物的流場，同時要傳導電流，雙極板的體電阻及接觸電阻將影響電池內(nèi)部的歐姆壓降。 圖一 PEMFC的電池堆簡圖圖二 單電池結構及工作原理雙極板的功能及材料相關的要求：分隔氧化劑和還原劑，必須有阻氣功能，不能用多孔透氣材料；有收集電流的作用，必須是電的良導體、還應是熱的良導體；雙板板同時處于氧化介質和還原介質環(huán)境，必須在一定溫度和電位下具有抗腐蝕能力；雙極板兩側置有反應氣體均勻分布的流場，布置緊湊必須越薄越

3、輕越好。在當前的狀況下，PEMFC雙極板主要采用不透性石墨材料和金屬材料。在燃料電池環(huán)境下，石墨的耐腐蝕性能最好，電導率也高但成本昂貴，約占電池成本的50%60%。金屬雙極板具有高的電導率和好的力學強度，但耐腐蝕方面成了難題。這就導致國內(nèi)外眾多家學院和研究所關注樹脂基炭復合材料（可能各家的叫法不完全一致）。(圖三)圖三 樹脂基炭復合材料制雙極板目前樹脂基炭復合材料雙極板的技術指標序號電導率 S/CM彎曲強度MPa腐蝕率CM-2氫氣滲透率CM3CM-2S-1制品成本USD/KW10050162*10-6103003010-717032N/A電阻 20mCM2301ACM-2 5*10-6100元

4、/KW表中（）為美國能源部（DOE）對碳質填料/聚合物復合材料雙極板的性能要求。（）為清華大學鄒彥文教授所領導的工作小組用石墨/酚醛改性乙烯基樹脂所得雙極板的數(shù)據(jù)。（）臺灣省清華大學陳科宏、陳世明、馬振基等于2002年所研究公布的石墨/改質酚醛樹脂雙極板的數(shù)據(jù)。（）為我國家863計劃“節(jié)能與新能源汽車”重大項目2006年度課題申請指南。研究方向9：新型燃料電池電堆雙極板應用技術研究中指定了 薄型模壓石墨雙極板的具體指標。在制作成本一欄，DOE提出10 USD/KW的指標，有人依此推算這種復合材料的單塊雙極板的成本。如果以500CM2（相當于223*223MM*3MM.300G左右）雙極板的成本

5、應控制在1.02.0 USD。見：FUEL CELL CATALYST.PAGE 3.VOL.2，NO.1 FALL 2001利用BMC方法制作燃料電池用高阻氫高耐熱復合導電性雙極板材料的技術是由臺灣省清華大學化工系馬振基教授提出，并已取得相應發(fā)明專利(93141542)。薄型化板厚達1.5mm，電導率大于200s/cm，彎曲強度38.44MPa，熱變形溫度286C，氣體滲透率810-8 CM3CM-2S-1且符合UL-94V0及L.O.I.50。是有效降低成本簡化制作流程的途徑。美國BMCI（BULK MOLDING COMPOUND，INC.）從2000年就著手研究BMC型式的雙極板材料，已經(jīng)越上了好幾個臺階，目前已有商品級的最新牌號為BMC845（含30%G.F.）的雙極板模壓料可供應。 早年公布的是BMC940已達100 S/CM的要求。該公司公布的現(xiàn)在供應的材料價格為：2.00 USD/Ib（4.44 USD/KG）。 該公司還曾樂觀地予測，如果屆時全球的燃料電池進入商業(yè)化成功，則全球的BMC產(chǎn)銷量也將比現(xiàn)在翻一倍？！雙極板用BMC模塑料的予計開發(fā)