双极板在氢燃料电池中负责将气体均匀分配到电极反应层,收集并传导电流,排出热量,分隔反应气体与氧化剂,而这主要是双极板中的流道在起作用。双极板质量约占电堆的80%,成本约占45%;主要衡量指标有耐蚀性、抗冲击和振动,厚度质量和制造成本等。
双极板主要根据材质划分,即金属双极板、石墨双极板和复合材料双极板。
金属双极板面对着很多难点:①由于阴阳极板的高度关联性,因而无法独立对极板设计; ②由于冷却液流场是由阴阳极流场背面构成,因而冷却液流场板同样不能单独设计; ③由于金属板流场复杂,通常由多个工序组合而成,如冲压清洗焊接镀层,而每个工序都存在变形处理不合格的可能,因而难度大大提高; ④由于金属双极板要求不能有分子水平的针眼缺陷,因而材料的选择与加工显得尤为重要; ⑤金属双极板的面积通常较大,因而模具及加工控制难度也大大提高。
石墨双极板具有以下特征:①是一种传统的双极板材料,常用作参照体系;②具有良好的导电性和耐蚀性;③由于孔隙率较高,无法分隔气体和水分;④脆性高,制备加工难度高;⑤加工成本高。
石墨双极板与金属双极板存在一定的优点互补性。如石墨双击板的导电性优良,金属双极板相对弱些;石墨双极板无法分隔气体和水分,而金属双极板具有良好的阻气性;石墨双极板加工难度高,而金属双极板加工相对容易。如果可以将二者的优点结合起来,双极板的性能将十分优秀。
复合材料双极板的一种实现方案是石墨双极板制作中,用薄金属或其它高强度的导电板作为分隔板,并加入树脂。该方案的特点是:①导电性略有牺牲;②具有阻气性;③加工难度降低;④采用树脂为黏结剂 。复合材料双极板的另一个实现方案是树脂/石墨复合双极板,该方案区别金属/石墨双极板。以聚偏氟乙烯粉末为黏结剂,先干混后模压形成聚偏氟乙烯/石墨双极板,缺点是加工周期长,制板成本高;以热固性树脂乙烯基酯树脂为黏结剂,辅以脱模剂,形成石墨/乙烯基酯树脂复合双极板,优点是导电率高,成本低、容易制备,缺点是固化时间长;以邻苯树脂、酚醛改性乙烯基和丙烯酸树脂为黏结剂,以石墨为导电填充料经模压形成,其放电性与石墨双极板相当,但具有一定的透气性。