双极板是燃料电池的重要组成部分，也是电堆质量的主要组成部分（80%，质量分数）。 它在燃料电池的运行中起着不可或缺的作用——传导电力、气体和热量。 需要具有导电性好、耐腐蚀性强、机械强度高、重量轻等特点。
今天给大家分享一下氢燃料电池金属双极板的生产工艺。
什么是金属双极板
燃料电池主要由质子交换膜、催化剂层、空气扩散层和双极板组成。 双极板作为燃料电池的核心部件，起着支撑膜电极结构、分隔氢氧、收集电子、传导热量、提供氢氧通道、排出反应生成的水、提供冷却剂等作用。流动通道。 以及许多其他重要角色。
在燃料电池堆中，双极板主要有以下作用：
• 支持MEA
• 分离单个细胞
• 将阴极和阳极反应气体分开，防止它们相互混合
• 提供电气连接
• 均匀输送和分配反应气体
• 传导反应热
• 去除水副产品
• 承受装配预紧力
根据材质不同，双极板可分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。 以上三种材料的双极板各有其优缺点。 过去几年，石墨双极板是常用的双极板材料。 但由于金属双极板在量产时的生产成本相对较低，因此大功率金属双极板电堆的价格比石墨双极板要贵。 板堆的体积要小得多，因此金属双极板近年来得到越来越广泛的应用。
丰田 Mirai 双极板
金属板堆在功率、功率密度、重量、体积、抗振性、批量准备和冷启动等方面具有明显优势。 而且，实际测量证明，金属板堆的寿命并不一定比石墨板堆的寿命短。 金属双极板的基材主要有不锈钢、铝、钛合金等。
金属双极板的生产工艺介绍
金属双极板的基本流程可以从下图看出。 不同公司的流程和处理程序可能会有所不同。
金属双极板生产工艺（Borit公司）
1、材料准备
制造燃料电池金属双极板时，带材一般有两种选择，一种是预涂带材，另一种是无涂层带材。
目前，除丰田外，市场上大多数金属双极板在生产过程中均采用无涂层不锈钢带材。 以该公司双极板制造为例，所用带材材料为不锈钢，厚度约为0.075-0.1mm。
2. 成型与分割
清洁带材后，将其成型并分段以生产阴极板和阳极板。 每个双极板制造商的成型方法和工艺可能有所不同。 下图采用冲压成形方法。
2.1冲压成型
冲压成形工艺流程图
冲压工艺是利用压力装置和刚性模具对板材施加一定的外力，使其产生塑性变形以获得所需形状或尺寸的方法。
冲压坯料主要是热轧和冷锻钢板，占世界钢材的60%~70%。 因此，从原材料来看，冲压工艺占主导地位。 而且冲压工艺生产的双极板成本低、生产率高、厚度薄（低至0.051毫米）、均匀且强度高，广泛应用于汽车、航空航天等领域。
冲压设备
冲压模具
金属双极板模具（三佳机械（上海）有限公司）
2.2 液压成形
有的厂家采用液压成型方式，如下图
液压成形工艺流程图
液压成形工艺是一种利用液体或模具作为力传递介质，将制品加工成制品的塑料加工技术。 液压成型原理图如下图所示。
液压成形示意图
与冲压工艺相比，液压成形所需的模具较少（仅需要一套模具）。 液压成形在尺寸和表面质量方面优于冲压工艺，同时冲压工艺具有更高的生产率。
2.3 橡胶垫成型
有些制造商还会采用其他成型方法，例如橡胶垫成型工艺。 橡胶垫成型工艺又称柔性成型工艺，是微/中型流道成型的一种新型冲压方法。 这种方法可以解决冲压和液压成形过程中可能出现的裂纹、皱纹和表面波纹等问题。
橡胶垫成型原理如下图所示。 它由刚性模具和橡胶垫组成。 它们之间存在柔性接触，大大提高了微尺度流道的可形成性。
橡胶垫成型工艺示意图
橡胶垫成型工艺的优点是成型过程中橡胶垫和刚性模具不需要精确组装，可以大大减少时间和成本。 这种成型的主要缺点是橡胶垫寿命短，需要经常更换。
2.4 蚀刻
此外，一些制造商经常使用机械加工或蚀刻来形成小批量生产的双极板。 加工方法大家应该都能想象到，这里就不详细说了。 这里就给大家讲一下蚀刻。
蚀刻是一种利用化学反应或物理冲击去除材料的技术。 蚀刻技术可分为两类：湿法蚀刻）和干法蚀刻。
蚀刻最早用于制作铜板、锌板等印刷凹凸板。 还广泛用于减重（）仪表板、铭牌以及传统加工方法难以加工的薄型工件的加工； 经过工艺设备的不断改进和发展，也可用于航空、机械、化工等行业电子晶圆零件精密蚀刻产品的加工。 尤其是在半导体制造过程中，蚀刻是必不可少的技术。
因此，蚀刻并不是一项新兴的加工技术，但随着工艺设备的不断完善和发展，它也已应用于高精度设备。 其中广泛应用于传统加工方法难以加工的线路板、铭牌、薄型工件的蚀刻生产。 因此，蚀刻工艺是制造金属薄板的合适工艺路径。
蚀刻双极板的插图
3 质量检验
单片极板制作完成后，需要对每块极板进行质量检验，以确定凸纹、凹槽的尺寸、厚度、误差是否符合设计要求。
4 激光焊接
将符合质量要求的阴极板和阳极板通过激光焊接固定在一起，形成完整的双极板。 焊接后，焊缝将完全密封双极板的冷却剂腔。
双极板的激光焊接方法如上图所示。 激光束沿着双极板周围设计的密封槽进行焊接。 激光经过的地方，产生的焊缝如下图所示，连接阴极板和阳极板。
焊接后，双极板的冷却剂腔将被完全密封，最后测试其密封性能。
5涂层处理
目前金属板涂料主要有两个方向。 一种是金属板上的石墨涂层。 石墨涂层的成本控制和价格相对较低。 也是未来涂料的长期发展方向。 目前国内大部分民用氢反应堆使用较多；
另一种是金属板上的贵金属镀层（金、铂）。 涂层价格相对较高，相对耐腐蚀性会更高。 主要用于国家空间站、航天航空等军事应用。
双极板焊接后会进行涂层处理，以提高双极板的耐腐蚀性能。 目前常用的涂层处理方法是PVD法。
6 密封
最后将密封材料填充到双极板上设计的密封槽中。
不同厂家在这一步的设计会有所不同。 一些制造商使用定制的密封圈来固定双极板，如下图所示。
密封圈密封图
有的厂家采用点胶的方式进行密封，有的厂家则采用与GDL集成的密封圈，如下图所示。
因此，双极板制造商不一定在其生产过程中包括此步骤。
燃料电池的“高功率密度、高功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约燃料电池汽车大规模推广的国际难题。 这四个要求都需要金属双极板来保证。 为此，要求金属双极板尽可能薄、加工精度高、耐腐蚀性强、生产效率高。 这些也是金属双极板制造中的四大难题。 目前国内金属相关厂商包括以下几家：
大连鑫源电力
上海吉冲氢能科技有限公司
上海捷氢科技有限公司
上海智臻新能源有限公司
西方材料
北京新研创
安泰环境
北京氢能科技有限公司
博源（山东）新能源科技开发有限公司
航天氢能（上海）科技有限公司
三佳机械（上海）有限公司（模具）
上海友格金属科技有限公司
浙江毛毡
安徽明天氢能科技有限公司
湖南振邦氢能科技有限公司
湖南潘椒实业有限公司
珠海格力电器有限公司
佛山市清吉能源科技有限公司
深圳市雄涛电源科技有限公司
华中科技大学
上海交通大学
同济大学
武汉理工大学
航天氢能（上海）科技有限公司
上海氢能新能源科技有限公司（金属）
上海航天动力研究院（航天、潜艇、水下）
国家电投集团氢能技术开发有限公司（金属）
爱德曼氢能设备有限公司（金属）