石墨双极板：氢燃料电池的“核心骨架”

　　

> 在氢燃料电池内部，有一类看似不起眼的黑色板材，它们不仅是电流的“传导者”，更是氢气的“引路人”和反应产物的“清道夫”，这就是石墨双极板。

在追求绿色能源的今天，氢燃料电池技术备受关注，而石墨双极板作为燃料电池堆的“核心骨架”，其性能直接影响电池的**效率、寿命和成本**。

从最早的机加工石墨板到如今的复合石墨板，石墨双极板正经历着一场技术革新，推动着氢燃料电池走向更广阔的商业化应用。

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## 01 燃料电池的“核心骨架”

双极板是质子交换膜燃料电池中的关键部件，相邻单电池通过双极板串联连接，燃料、氧化剂、冷却剂以及反应产物则在特定流场内进行分配和传输。

这就要求双极板具有**优异的导电性和对气体、液体的良好阻隔性**。

双极板在燃料电池的**体积、重量和成本中均占有较大比重**，其性能直接关系到整个电池堆的效能与寿命。

随着氢能产业的快速发展，石墨双极板作为当前市场的主流选择，正不断通过材料与工艺创新，满足不同应用场景的需求。

## 02 三类双极板，各有千秋

目前燃料电池领域主要存在三种类型的双极板：石墨双极板、金属双极板以及复合双极板。

**石墨双极板**是最早被应用于燃料电池的双极板类型，具有**优异的耐腐蚀性、高化学稳定性以及良好的导电性**，同时对催化剂和膜不产生污染。

但其缺点是**机械性能较差、易脆且加工成本高**。为改善这些问题，业内开发了模压成型复合石墨流场板，能大幅降低流场板的材料成本和加工成本。

**金属双极板**具有优异的导电、导热性能、机械加工性和致密性，同时具备**强度高、阻气性好**等优势。

但其主要问题是**耐腐蚀性差**，表面易因腐蚀生成钝化层，进而增加接触阻抗，降低发电效率。

**复合双极板**结合了石墨和金属的优点。例如清能股份开发的石墨金属复合双极板，**阴极侧采用石墨板，阳极侧使用金属板**，既发挥了石墨材料在阴极侧耐腐蚀性好的优势，又利用了金属板易加工、可做薄的特点。

## 03 性能优势：为何选择石墨？

石墨材料之所以能在燃料电池双极板中占据重要地位，源于其独特的综合性能。

石墨具有**良好的导电和导热性能，且化学稳定性好，耐腐蚀**。这使得石墨双极板能够适应燃料电池内部**酸性、高温和高湿度的严苛环境**。

在燃料电池工作环境下，石墨双极板对催化剂和膜不产生污染。其**稳定的化学性质**保证了电池堆的长期可靠运行。

特别是柔性石墨复合双极板的开发，通过改进制备工艺，使制品**电导率分布更均匀且尺寸控制更加稳定**，满足了大规模生产的需求。

## 04 制备工艺：从材料到成品

石墨双极板的制备工艺经历了从机械加工到模压成型的演进。

早期石墨双极板一般采用机械铣床加工成型，存在**材料浪费大、生产效率低**的问题。

如今，模压成型已成为主流工艺。如天津大学开发的复合石墨流场板，工艺流程包括**配料、装料、升温、模压、降温和脱模**等步骤。

清能股份在双极板加工工艺上全面升级，石墨板采用**高精度模压工艺**，在提升产品一致性的同时降低了近60%的生产成本。

柔性石墨复合双极板的制备则采用了将**膨胀石墨蠕虫辊压预成型，再浸渍于稀树脂浸渍液中**，经表面处理、烘干、热压等工序完成。

## 05 应用前景：助力氢能时代

随着氢能产业的快速发展，石墨双极板的应用前景十分广阔。

在交通领域，清能股份的复合双极板电堆已配套国内外车用系统超过1500台套，包括**重卡、渣土车、物流车**等车型。

在固定式发电领域，基于400kW电堆的燃料电池“零碳电站”，可为**AI数据中心、电网调峰**提供更稳定的能源供应。

2025年4月，中国发布了《氢燃料电池用柔性石墨双极板》团体标准，为行业生产与质量控制提供了明确依据，将进一步推动产业链的规范化发展。

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从实验室到产业化，石墨双极板技术的每一次突破，都为氢燃料电池的商业化应用添砖加瓦。随着新材料、新工艺的不断涌现，石墨双极板有望在**成本、性能和寿命**上实现更大突破，助力氢能经济时代的全面到来。