双极板密封胶线综述

01双极板的功能

双极板作为燃料电池的重要部件，其质量占80%以上。双极板在燃料电池中扮演着气体分配、散热、导出生成的电子、水热管理、支撑MEA、参与结构密封等主要功能部件。

（图源：引用前文）

◆ 气体分配： 双极板具有精密的流道设计，能够确保氢气和氧气被均匀分配到电池反应面上。这种均匀的分配对整个燃料电池的性能至关重要。

◆ 散热： 在电化学反应过程中，燃料电池会产生热量。双极板的设计还要能够有效地分散这些热量，避免局部过热，确保电池可以在最佳工作温度下运行。

◆ 导出电子： 反应产生的电子通过双极板导出，这需要双极板具备良好的电导性，同时还必须是耐腐蚀的，因为燃料电池的工作环境通常较为极端。

◆ 水热管理： 双极板的流道设计同样涉及到水的管理——既要导出产生的水分，也需保持电池内部的适宜湿度，以维持离子交换膜的离子传导效率。

◆ 支撑MEA（膜电极组合）：MEA是燃料电池的心脏，双极板不仅要为其提供结构支撑，还需保证其对MEA的压紧力合适，以获得良好的接触性能和电化学反应效率。

◆ 参与结构密封： 燃料电池需要维持高度的密封性以防止气体泄漏，这要求双极板在装配时能够与其他部件紧密配合，确保燃料电池的完整性。

考虑到双极板在性能、耐久性和成本上的重要性，它的设计和制造质量直接影响到燃料电池系统的整体性能和寿命，以及可能的商业化前景。因此，燃料电池研究和开发中，双极板的材料选择、加工工艺以及设计优化都是研究的重点方向。随着新材料和制造技术的发展，双极板的性能持续提升，有助于燃料电池在各种应用中，如汽车、便携式电源、甚至电力网的辅助应用等方面的推广和使用。

（图源：自绘）

02双极板种类及双极板总成应具备的性能广东

双极板总成应具备的性能：

双极板应具备较高的机械强度、较强的耐腐蚀性、高导热性、低电阻、很高的气体阻隔率、极低的透湿性，良好的水热管理能力及气体在流场的通过性；才能保证燃料电池正常工作状态下所需要的条件。

双极板种类：

双极板按材料划分主要三类；金属双极板、石墨双极板、复合双极板。

◆ 金属双极板：金属双极板由于其良好的导电性、机械强度高、质量轻以及生产成本较低等特点，受到了广泛的关注。不锈钢是制造金属双极板的常用材料，但由于燃料电池工作环境的腐蚀性，金属双极板通常需要涂层保护，如碳涂层或其他防腐蚀涂层，以防止腐蚀并减少接触电阻。金属双极板的热传导性能较好，有利于电池的散热。

◆ 石墨双极板：石墨双极板具有良好的电化学稳定性和抗腐蚀性，是传统的燃料电池双极板材料。由于石墨的导电性佳，能够满足燃料电池在电导性方面的要求。但是，石墨材料的缺点在于其脆性比较高，抗冲击能力较弱，以及相对较重，这些特性限制了其在某些移动应用中的使用。同时，不像金属材料，石墨不能成形加工，制造成本和加工难度相对较高。

◆ 复合双极板：复合双极板结合了金属和石墨等材料的优点，旨在克服单一材料双极板的局限性。这些复合材料通常由导电高聚物与其它导电材料（如碳纤维、石墨、导电添加剂等）组合而成，以提供足够的导电性和机械强度。复合双极板可以通过注塑、压缩成型等工艺生产，具有设计灵活、成本较低、质量轻和可定制化等优势。不过，导电高聚物复合材料的抗腐蚀性和热传导性可能比不上金属材质，有时需要通过优化配方和处理工艺来提升其性能。

03双极板密封胶线的重要性能

双极板密封胶线也属于燃料电池关键部件之一。它起到绝缘（使产生的电子不会外溢）作用，也应具备良好的机械性能（密封胶线的机械性能决定其功能性的实现状态）， 良好的气体阻隔率（保证燃料电池的工作压力及安全性），很低的透湿率（保证燃料电池内部气体湿度是100%）， 还有就是较高的耐腐蚀性和寿命（密封胶线的寿命也决定燃料电池的寿命）

◆ 绝缘性能： 有效地隔离电子，防止电子泄漏至外部环境或导致短路，这是确保燃料电池安全高效运行的基本要求。

◆ 机械性能： 密封材料应具有良好的弹性和足够的强度，以适应双极板间的压紧力，同时要能够抵抗振动和冲击，确保在燃料电池的整个使用周期内保持良好的密封效果。

◆ 气体阻隔性： 高效的密封材料应该具备低的气体渗透性，能够阻隔氢气和氧气的泄漏，维持燃料电池的工作压力，保证反应的完整性及系统安全。

◆ 低透湿率： 密封材料需限制水蒸汽的通过，维护燃料电池内的湿度控制和水管理，对于确保离子交换膜的离子传导性能至关重要。

◆ 耐腐蚀性与寿命： 此外，密封胶线必须能够抵抗燃料电池环境中存在的化学腐蚀，例如来自氢气、氧气以及在正常运行过程中可能产生的各种酸性或碱性物质。密封材料的寿命一般应与燃料电池系统的预期使用寿命相匹配。

通常选用的密封材料包括硅橡胶、聚四氟乙烯（PTFE）、以及其它含氟或氟化合物的橡胶。这些材料能够在燃料电池工作的温度、压力及化学环境下持久地保持其密封特性不变。为了进一步提高密封性能，有时还会在密封材料中添加填料，以改善其机械稳定性和耐化学性。

（图源：自绘）

04双极板密封胶线应具备的性能

双极板密封胶线应具备的性能：

◆ 双极板的密封胶线应具备，较高的阻尼性（因为有较高的阻尼性才能保证燃料电池在震动的状态下，MEA部件不会受到因高频或 低频振动导致损坏。

◆ 低永久压缩变型及高物理性能（这样才能够承受燃料电池较高的静态组装压力）。

◆ 低离子析出， 高耐酸碱腐蚀性、耐低温脆性（ – 50 度左右）、耐高温（ 燃料电池正常工作温度60～90度）。

◆ 耐臭氧，耐电子冲击，低透气性（要有较高的氢气密封性才能保证安全及燃料电池的正常工作压力）。

◆ 低透湿率（ 保证燃料电池内部气体湿度是100%起到一定作用），高精密的尺寸精度（ 其尺寸公差精度会影响燃料电池组装性及性能）。

（图源：自绘）