燃料电池之石墨双极板

石墨是最早开发的双极板材料。相比金属及合金双极板而言，石墨双极板具有低密度、良好的耐蚀性，与碳纤维扩散层之间有很好的亲和力等优点，可以满足燃料电池长期稳定运行的要求。但是，石墨的孔隙率大、力学强度较低、脆性大，为了阻止工作气体渗过双极板，且满足力学性能的设计，石墨双极板通常较厚，导致石墨材料的体积和质量较大。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。

纯石墨板一般采用碳粉或石墨粉与沥青或可石墨化的树脂来制备。石墨化的温度通常高于2500℃，且石墨化过程必须按照严格的升温程序进行，制备周期长，从而导致纯石墨板价格高昂。用可膨胀石墨膨化得到的石墨蠕虫直接压制出不同密度的柔性石墨板，这些柔性石墨的性能稳定、导电性好、耐腐蚀、有自密封作用并且易加工，是很好的流场板材料。
　　
有科学家提出了一种整片石墨板的制备方法，其密封边缘部分无孔或孔极小，但工作部分孔隙率大，从而导致能耗高；采用真空加压方法用硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板，然后加热使之转变为SiO2，这种方法大大降低了空隙率；此外有科学家还使用石墨粉和炭化热固性酚醛树脂混合注塑制备双极板。采用这种方法制得的双极板强度达到了燃料电池所需的要求，但电阻率大，比纯石墨双极板大10倍左右；采用石墨薄片叠加的方式，将石墨与支撑材料板组合在一起制作双极板，这种双极板材料的电流密度和电池电压有明显的提高；采用在石墨板上涂覆薄层金属的方法来避免材料中的树脂降解。
　　
由此可知，石墨双极板材料具有良好的耐蚀性和电导率，可以满足双极板长期运行的要求，但是石墨材料的加工性能差，制造成本高，近几年的研究虽然使得石墨双极板的力学性能和成本有了很大改善，但还是不能满足双极板的力学性能和成本要求，这仍是限制石墨双极板广泛运用的最大瓶颈。