深度解析石墨双极板市场现状

双极板（又称隔板）的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力，深度解析石墨双极板市场现状。

石墨材料制备的双极板具有良好的导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等特点，且尺寸精度高、结构稳定性好、流道易于细密化、材料化学稳定性高，氢气/空气/冷剂三腔结构还可以独立设计，从而有寿命与可靠性优势，可以完全满足当前阶段大巴车、物流车的车用要求。

但受制于机械性能（相对于其它类型的双极板）较差、脆性较大、易折断、机加工困难等问题，导致其成本较高。现阶段每块500cm²石墨双极板加工费大于100美元，占双极板费用的80%以上。石墨板电堆在比功率密度、量产成本、低温启动等方面也无法满足乘用车的需求，目前只在部分商用车领域应用，而且使用地域受限。

国内多数企业均以石墨制品起家，真正进入燃料电池领域时间集中在2006年至2011年之间，之后便乘着产业发展的东风在市场上占据一定的份额。在国家政策强力扶持和技术的高速发展下，部分国内企业，如上海弘枫、中国神奇电碳等公司的产品性能已达DOE(2015)性能指标水平。

现阶段，我国的石墨双极板已可以实现国产化，在技术层面及商业化层面都相对成熟，但是与国外大部分厂商可以直接采用压铸成型或膨胀石墨成型的生产方式相比，国内生产商大多采用人工石墨机械加工的方式实现，生产技术还有待提高。如若继续采用机械加工的方式，石墨双极板的成本费用实难降低，不易实现大批量生产。

石墨双极板企业应降本提质，抢得先机

在燃料电池核心部件国产化进程中，石墨双极板是突破最快的核心部件之一。国产石墨双极板已经拥有优异的性能及广泛的实际应用。这一成果是国内一批石墨双极板高新技术企业持续努力耕耘的结果。石墨双极板企业应降本提质，抢得先机。

石墨双极板凭借良好的导电性、导热性、稳定性和耐腐蚀性等特点，仍是当前国内燃料电池应用主流，作为主要供应商之一，自然能够享受市场发展所带来的红利；二是得益于经过近几年大量投入研发、生产及改进，使其在石墨双极板的各项重要性能指标有了明显提升，生产加工工艺方面现达到行业领先，同时价格优势显著。

当前在激烈的竞争当中，“降本提质”已经成为当前燃料电池企业最为关切的核心议题。作为燃料电池核心部件之一，双极板的降本对于燃料电池很有意义。采取了哪些措施实现降本？

“其实CNC机加工石墨双极板，六成占比在加工成本，加工成本中刀具成本约占六至七成，以我们二十多年的石墨机加工经验，对降本非常有信心，今年我们对合作商报价，整体下降50%左右，随着后期市场订单的增加，预估成本还将有30%左右下降空间。”

调研数据显示，双极板占整个燃料电池重量的80%、成本的24%。石墨双极板的高性价比优势，将助其在燃料电池汽车示范运营的推进中抢得先机，前程远大。

石墨双极板与金属双极板到底孰优孰劣

双极板的主要功能是提供气体流动通道，防止电池气室内的氢气和氧气串通，在阴阳两极之间串联建立电流路径。在保持一定的机械强度和良好的空气阻力的前提下，双极板的厚度应尽量薄，以降低电流和热的导通电阻。

　　双极板的制作要求非常高，要具有高电导率和导热系数、耐腐蚀、低透气率、重量轻、生产成本低等特点，目前主要有石墨双极板和金属双极板等。下面，我们来看看石墨双极板与金属双极板的比较。

　　石墨双极板

　　石墨双极板：一般采用石墨粉、粉碎的焦碳与可石墨化的树脂或沥青混合，在石墨化炉中严格按照一定的升温程序，石墨化，再经切割和研磨，制备厚度为2～5mm的石墨板，再通过机加工共用孔道和用电脑刻绘机在其表面刻绘需要的流场。具有材料密度低、质轻、耐腐蚀性能佳、导电性好、化学性质稳定、与膜电极(MEA)之间接触电阻小等优点，成为较早的被双极板使用的材料。

　　同时，石墨双极板脆性物质，易造成组装难度，厚度不易做薄;一般烧结成多孔性板，需添加添加物;石墨化时间长，机械加工难，价格昂贵，制备工艺复杂、耗时长、费用高，难以实现批量生产，其可制造性、阻气性和耐久性远不如金属性材料。

　　由于石墨是热和电的良导体，具有较高的电导率、化学稳定性、热稳定性以及耐腐蚀、低密度等优点，用于制作双极板具有先天独特的优势。同时在耐久性方面，石墨双极板有先天优势。但同时由于批量化生产问题，以及在超薄方面实现起来比较有难度，因此相较于金属双极板，石墨双极板的劣势也同样明显。

　　金属双极板

　　与石墨双极板相比，金属双极板具有与之类似的高导电、导热能力，但金属双极板具有更好的机械强度、阻气能力和抗冲击能力，因此，金属双极板能够做到超薄，大幅提升比功率密度。

　　同时，金属双极板机械加工性强、制作工序较少、可制作超薄双极板甚至可小于1mm，并且量产工艺成熟，大幅降低的热容使金属板具备了更强的低温启动能力，并且可以大幅降低量产成本，因此，金属双极板备受行业内关注。

石墨双极板技术优势及应用前景

在燃料电池核心部件国产化进程中，轻量化，高功率密度下，石墨双极板是突破最快及最关键的核心部件之一。国产石墨双极板已经拥有优异的性能及广泛的实际应用。石墨双极板技术优势及应用前景。

双极板是PEMFC的核心零部件之一，其主要作用是通过表面的流场运输气体，收集、传导反应生成的电流、热量和水。根据不同的材料类型，其重量约占PEMFCs电堆的60%-80%，成本占比约为30%。根据双极板的功能需求，同时考虑PEMFC电化学反应环境为酸性，因此要求双极板对电导率、气密性、机械性能、耐腐蚀性等有较高的要求。

目前双极板根据材料主要分为石墨板、复合板、金属板三类，石墨双极板是目前国内PEMFC最常用的双极板。石墨双极板包括硬石墨板和柔性石墨板，硬石墨板的应用在启程上的应用受到一定的限制。

柔性石墨板是应用的一个方向，柔性石墨板以膨胀石墨为主要材料，经过压制和注胶制成。膨胀石墨板为蓬松的多孔状态,在双极板面内的石墨的片层结构具有较高的电导。

分辨石墨双极板的质量好坏，应该从密度这方面入手

双极板（又称隔板）的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。分辨石墨双极板的质量好坏，应该从密度这方面入手。

其实许多厂家运用石墨双极板十几年，都没有分辨出石墨双极板板的质量是如何断定的，有的说是颗粒，有的说是配方，其实这些都不准。说来怎么分辨石墨双极板的好坏，要害只有一个，那就是密度。

1、耐摩职业中，石墨板主要用于垫板形式，起到一个润滑效果，在这里石墨板的密度就大大显现出来了，密度小的石墨板物理结构不严密，在运用中简单掉落，外表消耗过快，用1.56的石墨板和密度1.7的石墨板运用寿命可相隔3个月，这其中的价格我们都会核算吧。

2、在电镀、电解职业中，许多厂家仅仅看中石墨双极板的导电性及价格，有时却疏忽了重要的密度，由于密度小的话，外表简单呈现气孔，在电解液中简单呈现浸透的现象，导致石墨板氧化掉落，导致运用寿命大大减短。

石墨双极板的连续生产工艺应该进一步了解

双极板（又称隔板）的功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。石墨双极板的连续生产工艺应该进一步了解。

石墨双极板的连续化生产加工主要分为两大类，一类是对膨胀石墨复合材料的板材模压成型工艺，另一类是对石墨粉树脂符合材料的模压/注射成型工艺。

类别一：膨胀石墨板材经过砑光、成型和去料后再进入浸渗树脂、硫化、粘接和密封硫化工艺，最后形成双极板产品。

目前该工艺有如下特点：

能够很好满足极板的外形、表面几何轮廓以及机械尺寸的要求；

由于膨胀石墨材料的连续性，具有较高的导电和导热特性；

满足需要的表面疏水特性需要通过对工艺和材料协同处理来解决；

如果采用滚压工艺，其设计精度和工艺精度都要进一步改善；

合模压力、树脂比例以及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键；

类别二：首先对石墨粉与树脂的混合材料进行制备，然后对混合材料和模具进行模压前处理，接着进行模压和硫化，最后进行粘接及密封固化并形成产品。

目前该工艺有如下特点：

1.能够很好满足极板的外形、表面几何轮廓以及机械尺寸的要求；

2.由于混合颗粒阻断石墨材料连续性，高电流下导电率要进一步提升；

3.满足需要表面疏水特性需要通过对工艺和材料协同处理来解决；

4.树脂的配比和选型、硫化时间及表面接触电阻的后处理是影响极板性能的关键

从目前氢能行业发展来看极板的生产工艺进步很快，传统石墨产业和相关制造业的转型为燃料电池双极板的生产提供了很大助力。

常用的膨胀石墨双极板制备工艺流程

天然石墨材料膨化处理-柔性石墨板制备-模压柔性石墨板制备单极板-真空浸渍树脂处理-热压整平极板-丝网印刷涂胶-双极板粘接处理-极板切边。其中柔性石墨板的制备、真空压制、浸渍处理是整个制备过程核心。常用的膨胀石墨双极板制备工艺流程。

①膨胀石墨板制备过程

采用天然鳞片石墨材料制备，通过强酸氧化在石墨层间形成化合物，保留石墨原有连续相的结构基础上增加了石墨层间距离，改变原有石墨的某些特性，形成一种具有优良柔软性和回弹性的物质。

制备膨胀石墨的关键在于层间化合物的生成，而在天然鳞片石墨在化学氧化过程中，石墨边缘区域和层间区域是同时进行的。前期把原料中多余的矿物质剔除，保证足够的纯度，杂质会引起石墨晶格缺陷和位错等的情况出现，影响导电性。

一般石墨粒度太大，表现出层间化合物形成不够充分；石墨粒度过小将会导致石墨边缘氧化过快，不利于层间化合物的形成，经过筛选的石墨粒度目数通常在80~200目左右。

在将插层剂与鳞片石墨按比例混合均匀且反应充分，通过插层剂控制层间化合物的生成，减少边缘化合物的生成，进而达到膨胀作用。常用的插层剂有硝酸、硫酸、高锰酸钾等。待石墨氧化反应充分后，经过脱酸、水洗、干燥等工序，将残余的插层剂去除干净，同时添加相应的抗氧化剂，防止石墨在高温条件下氧化。将干燥后的石墨放置800~1200℃下进行高温膨化，使石墨层间化合物快速分解，并利用分解产生的推力将层间距拉大，最终形状蠕虫状的石墨条，长度可达1~2cm。

②真空压制

将低密度柔性石墨板压制成高密度板，并印上相应的流道结构，这是压制成型的主要内容。柔性石墨在低密度状态呈蓬松状态，内部存在很多间隙的空洞且充满了气体。在压制的过程中，为了尽可能减少因内部气体聚集而造成的鼓包现象，应尽可能在真空状态下进行压制成型。

③浸渍改性处理

当柔性石墨板密度很低时，板材内部存在着大量的半封闭孔洞，甚至存在一些很大的空洞。当成型压力达到100MPa时，柔性石墨板密度可达1.5g/cm3甚至更高，利用扫面电镜可观察到表面结构和揭开后的层状结构，发现其表面比较平滑，只有很小的缝隙，半封闭孔明显减少，气密性得到明显改善。

其内部仍然存在各种细微孔隙，这些孔隙仍然直接影响板子的气密性；另一方面，紧靠蠕虫石墨之间的相互咬合难以承受结构的抗弯强度，很容易导致裂纹、撕毁和破坏性的损坏。为此，需要比采用浸渍注胶的工艺改善极板的密封性能和机械性能。

将已成型的柔性双极板放置真空浸渍灌中，同时按比例配制好需要浸渍注胶的树脂溶液；进行真空抽取，待罐内压力达到设定值后停止抽真空并开启浸渍液阀门，达到设定液位关闭输液阀门，同时进行加压浸渍，压力设定在1.5MPa左右。浸渍时间由浸渍剂类型而定，待浸渍完成后，将压力降至2.0bar，开始回液阀门将浸渍液压回储液罐。紧接对石墨板进行清洗、烘干及固化处理。

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