石墨双极板
双极板，亦被称为集流板，是燃料电池和液流电池不可或缺的部件。它通常由两块形状和大小相同的薄板组成，这两块板被巧妙地连接在一起，分别被称为阳极板和阴极板。
一、核心功能与技术要求
1.导电与导热
双极板需具备高导电性以降低欧姆损耗，同时需快速传导反应产生的热量，确保电堆温场稳定。石墨材料的接触电阻最小（约3-8mΩ·cm²），而金属双极板需通过表面涂层（如PVD镀层）降低接触电阻至10-30mΩ·cm²。
- 气体分配与流体管理
通过精密流道设计（如蛇形、交指形）优化气体分布均匀性，提升反应效率。
- 结构支撑与密封
需承受电堆组装预紧力（通常≥200N/cm²）并实现“湿密封”，防止气体泄漏。
二、双极板分类
双极板根据其制造材料，主要可以分为三类：石墨双极板、金属双极板以及复合材料双极板。
下面重点介绍下石墨双极板：
石墨双极板是燃料电池、液流电池等能源设备的关键组件，凭借其优异的导电性、耐腐蚀性和稳定性，在新能源领域占据重要地位，其关键原材料包括石墨粉和膨胀石墨。石墨粉，这种矿物粉末以碳单质为主要成分，不仅耐高温，还展现出优良的可塑性，同时具备出色的导电和导热性。而膨胀石墨，作为新型功能性碳素材料，通过天然石墨鳞片的插层、水洗、干燥及高温膨胀工艺制备而成，它赋予了石墨双极板柔软、压缩回弹性、吸附性和耐辐射性等独特特性。
石墨双极板凭借其高导电率、卓越的化学和热稳定性以及耐腐蚀性，使得与膜电极之间的接触电阻降低，从而成为国内双极板应用的主流。但需注意的是，石墨作为一种多孔脆性材料，其强度和脆性限制了其气密性的表现。因此，需要通过浸渍和碳化处理来制备无孔石墨板，以满足双极板的气密性要求。
三、石墨双极板加工工艺
石墨双极板的加工工艺直接影响其导电性、机械强度及生产成本，目前主流工艺涵盖传统机加工、模压成型、注塑成型及创新预处理技术等。
（一）传统机加工工艺
1）原材料处理
采用石墨块或硬质石墨板材，经高温石墨化（2500-3000℃）处理提升纯度，再通过浸渍工艺填充孔隙（常用酚醛树脂或糠醇树脂），浸渍压力达0.3MPa并保持8小时以增强致密性。
2）精密加工流程
（1）切片：将石墨块切割至目标厚度（通常1.5-3mm）；
（2）打磨：粗磨、中磨、细磨三阶段实现±0.01mm表面精度；
（3）流道雕刻：CNC加工形成蛇形/交指形流道，最小线宽可达0.2mm；
（4）密封处理：采用丝印或粘接工艺加工密封槽，150℃固化1小时完成组装。
（二）模压成型工艺
1）原料混合
将膨胀石墨（80-90wt%）与树脂（如环氧树脂）混合，通过双螺杆挤出机造粒，确保导电填料均匀分布。
2）高压成型
温度控制：模具加热至150-200℃，树脂流动性优化；
压力参数：200-300MPa高压压制，流道精度达±15μm；
3）后处理：硫化定型后需二次浸渍降低孔隙率至0.5%以下。
优势：适合量产，单线产能可达30万片/年。
（三）新型预处理与复合工艺
1）柔性石墨板预处理
采用滑动切割装置打断片层结构，提升模压填充均匀性，减少表面裂纹和孔隙缺陷。
2）注塑成型技术
石墨粉与热塑性树脂（如PPS）混合后注塑，成型周期缩短至2分钟，但需添加碳纤维（10-15wt%）补偿导电性损失。
3）3D打印微流道
结合石墨-聚合物复合材料，实现0.2mm超薄流道，双极板厚度降至0.6mm，突破传统模具限制。
石墨双极板发展前景较好，在燃料电池领域，中国氢燃料电池汽车2023年产销量同比增长超40%，带动石墨双极板市场规模快速扩张，其市场占比达58.7%。固定式发电站、数据中心等场景需求提升，依赖双极板的高耐腐蚀性和热稳定性（耐受2000℃高温。在储能领域，液流电池双极板市场规模预计年增20%，适配可再生能源储能系统。另外，废水处理装置、电解水制氢设备需求增长，推动双极板在催化氧化、耐酸碱场景中的应用。