前言：燃料電池電堆是燃料電池的最核心部分，其核心部件包括質子交換膜和雙極板等。其中雙極板被稱為燃料電池電堆的“骨架”（直接影響著電堆的重量和體積），其可以起到收集傳導電流、分隔反應氣體、支撐電池以及冷卻等作用，并直接決定了電堆的輸出功率大小和使用壽命。由于雙極板在燃料電池電堆的重要地位，對它也提出了高要求，須具有高導電性和氣密性、耐腐蝕性、高機械強度、重量輕等特性，并在實際生產上要求雙極板容易加工、尺寸變化率低，成本可控制。目前，雙極板按照制造材料，可分為石墨板、金屬板和復合板，三類雙極板在性質上和應用場景上各具特點。2019年的日本燃料電池展會上，金屬雙極板成為雙極板展品的主流，也引起眾多觀眾的咨詢相關產品信息。本文將對金屬雙極板的國內外主要生產廠家及其產品性能參數進行介紹。

2019年日本國際氫能及燃料電池展覽會（FC EXPO）上，高級檢索分析師關婧如、劉勝在觀展之后從儲氫瓶、電堆、動力系統(tǒng)、空壓機和金屬雙極板五個角度進行全面分析。本篇為金屬雙極板相關內容。

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（一）上海福宜真空設備有限公司——雙極板涂層

上海福宜真空設備有限公司成立于2011年，為國家高新技術企業(yè)，先后承擔上海市張江創(chuàng)新資金重點項目 4 項，科委產學研項目 6 項，并已獲得授權發(fā)明專利 3 項，實用新型專利 20 項以上。福宜真空從事高端真空鍍膜設備及核心部件的研發(fā)、生產和銷售，同時開展復雜鍍膜工藝研究及鍍膜技術服務。公司開發(fā)的主要設備有：工模具硬質涂層鍍膜設備、磁控濺射鍍膜設備、多弧離子鍍膜設備、磁控濺射多弧離子復合鍍膜設備、連續(xù)式磁控濺射鍍膜生產線、光學鍍膜設備、CVD和PECVD化學氣相沉積設備、ICP刻蝕設備和ALD原子層沉積設備等。

圖53 福宜無人機、汽車用雙極板鍍膜件 via福宜產品信息

圖54 福宜燃料電池雙極板測試數據（清華大學檢測）注：0.1mm厚316L不銹鋼板材上制備400nm的石墨涂層 via福宜產品信息

福宜真空設備有限公司技術團隊致力于復雜鍍膜工藝的開發(fā)。目前，福宜鍍膜重點研發(fā)方向為燃料電池雙極板涂層（見圖53，產品測試數據見圖54），同時擁有自主知識產權燃料電池雙極板涂層產業(yè)化設備（見圖55）。

圖55 福宜燃料電池雙極板涂層產業(yè)化設備（左：大型單體涂層設備，50片/批；右連續(xù)式極板涂層設備，1片/min） via福宜產品信息

（二）上海佑戈金屬科技有限公司

上海佑戈金屬科技有限公司(YOOGLE品牌) 成立于2008年，工廠位于上海市金山工業(yè)區(qū)，是一家集研發(fā)與制造新能源核心部件和金屬基新材料為主的科技型企業(yè)，為新一代燃料電池提供關鍵的部件；為汽車、家用電器、消費品電子、建筑等工業(yè)科技領域提供可靠的基礎材料。在燃料電池領域，YOOGLE著力新一代電池部件能通過工業(yè)規(guī)?；a，降低各項成本，助力于新一代清潔能源技術能夠快速地應用與普及。YOOGLE的主要業(yè)務包括質子交換膜燃料電池中的金屬雙極板、固體氧化物燃料電池中的金屬連接體以及金屬基涂層帶材&板材。

YOOGLE可提供一種高級、性能可靠的金屬基質雙極板（見圖56），是一種微米級精度高速成型電極板與精密焊接薄極板，采用低成本基材構成并具有優(yōu)秀的納米涂層性能。其產品的優(yōu)勢包括：相較于石墨雙極板，具有能量密度高、不易碎、輕薄等優(yōu)良特性；容易組裝到燃料電池的電堆中去；使用壽命長（YOOGLE推算可達20000h以上）；PEMFC（質子交換膜燃料電池）環(huán)境腐蝕<1µA/cm2；密封性好；低電降解（＜0.5%／1000hours）；高導電性能，低接觸電阻≤3mΩ•cm2；性價比高。

圖56 YOOGLE金屬雙極板viaYOOGLE官網

同時，根據不同的應用環(huán)境，YOOGLE可以提供不同冷卻方式的金屬雙極板（例如，水冷和空冷），小面積、中等面積和大面積功率雙極板（詳情見圖57），并可為客戶提供定制化服務。

圖57 YOOGLE金屬板供貨參考范圍via YOOGLE官網

（三） IMPACT COATINGS——雙極板MAXPHASE™涂層

Impact Coatings成立于1997年。Impact Coatings AB開發(fā)并商業(yè)化PVD表面處理的創(chuàng)新技術。PVD是用于真空涂覆金屬或陶瓷薄膜的方法。Impact Coatings已開發(fā)出金屬和塑料涂層工藝組合，其中包括以商品名MAXPHASE™銷售的產品。該涂層為燃料電池，汽車反射器，塑料金屬化和其他應用提供獨特的性能。Impact Coatings還銷售INLINECOATER™PVD設備系列，這些設備將高質量涂料與經濟高效且可靠的批量生產相結合。

Impact Coatings致力于增強燃料的動力，其提供的陶瓷MAXPHASE™涂層（具體工藝見圖58）和INLINECOATER™FC涂層設備可使雙極板具有低接觸電阻、出色的耐腐蝕性、高性能以及經濟實惠性等特點，并成為全球汽車公司處理PEM燃料電池中金屬雙極板的首選。

圖58 Impact Coatings涂層工藝 via Impact Coatings產品介紹

Impact Coatings涂層過程是基于真空的等離子體處理并涉及原材料的蒸發(fā)，凝結在基材上并形成涂層。同時陶瓷MAXPHASE™（技術數據詳情見圖59）僅包含安全且低成本的產品材料，未涉及貴金屬，因此成本低，經濟實惠。

圖59 Impact Coatings涂層技術數據 via Impact Coatings產品介紹

（四）Hauzer——雙極板涂層

Hauzer一直是等離子涂層的先驅。自20世紀90年代，汽車供應商就開始使用等離子涂層來減少發(fā)動機的磨損和摩擦。從一開始，Hauzer就與市場領導者合作，著力研發(fā)具有最佳涂層性能的最高效涂層。如今，Hauzer Flexicoat設備可為諸多領域生產最好的類金剛石（DLC）和氮化物涂層。未來，Hauzer將擴大其工業(yè)等離子解決方案，開發(fā)符合客戶可持續(xù)發(fā)展目標的技術和設備。

Hauze同時提供雙極板涂層解決方案，其在碳基涂層工藝和燃料電池應用技術方面積累了豐富的經驗。在過去幾年中，Hauzer已在不銹鋼雙極板上開發(fā)出高質量的涂層。Ta-C涂層通常被認為是用于PEM型燃料電池的最佳解決方案。通過在整個涂層溶液中實施等離子體表面清潔和金屬粘附層，已經在粘附性、導電性和耐腐蝕性方面獲得了良好效果。

Hauzer正在開發(fā)批量生產設備，可用于研發(fā)和規(guī)模生產。Flexicoat®850（見圖60）是最小的生產設備，可用來配備各種沉積技術工藝和涂層開發(fā)。Flexicoat®1500（見圖60）是最大的批量生產設備，可用于試制生產——每年可涂覆350,000雙極板（A4尺寸，雙面）。Hauzer Inline機器每天可涂數百萬個組件。它們可對2-3種尺寸的組件進行全天候生產，并能集成到高度自動化的工廠中，當需要增產時，可通過增加設備實現(xiàn)。此外，Metalliner®（見圖60）可以每年生產1到1千萬雙極板（具體取決于生產配置）。

圖60 Hauzer批量生產設備（左上：Flexicoat®850；右上：Flexicoat®1500；下：Metalliner®）via Hauzer產品介紹

（五）PRECORS Technologies——雙極板涂層

PRECORS Technologies（以下簡稱PT）作為Juelich研究中心（ForschungszentrumJülich/ IEK-3）的一支雄心勃勃，積極進取的創(chuàng)業(yè)團隊，在能源轉換和儲存、材料科學和電化學以及高效的實踐心態(tài)方面積累了豐富的專業(yè)知識。PT提供了一種新型碳基涂層，使薄而輕的雙極板成為可能，并確保了雙極板的高性能和長期穩(wěn)定性。

圖61 PT在MIFULAS項目中設計的雙極板 via PT官網

PT選擇輕質薄金屬雙極板（如圖61所示）作為其主打產品，通過使用金屬雙極板（與碳基材料相比）可以實現(xiàn)燃料電池重量和體積的明顯減?。ň唧w優(yōu)勢見圖62）。例如，當電功率密度為0.5W / cm 3，通道深度為0.7mm（材料厚度0.1mm）時，可以節(jié)省80％的重量和60％的體積。

圖62 PT金屬雙極板優(yōu)勢viaPT官網

使用PRECORS雙極板進行的電池測試顯示出與通過PVD（物理氣相沉積）技術制備的Gold涂層板相當的高性能（具體見圖63）。T此外，PRECORS涂層的親水性能可防止液滴形成和通道堵塞。注：不銹鋼316L用作所有涂層的基底材料

圖63 極化曲線viaPT官網

同時，PRECORS涂層雙極板還具有非常低的接觸電阻（與Gold涂層相當）和高效率（詳情見圖64）。

圖64 界面接觸電阻viaPT官網

（六）VON ARDENNE——碳膜涂層金屬雙極板

VON ARDENNE（馮·阿登納）成立于1991年，是從位于德國德累斯頓的曼弗雷德•馮•阿登納研究所 (Manfred von Ardenne Research Institute) 分離出來的。憑借超過 50 年的電子束工藝經驗以及 40 余年的磁控管技術能力，馮·阿登納成為薄膜光伏領域玻璃鍍膜系統(tǒng)和設備的領先供應商之一。

馮·阿登納已經成功地使用物理氣相沉積 (PVD) 方法在不銹鋼雙極板上沉積碳膜層（見圖65）。在界面接觸電阻 (ICR)、粘附性和防腐蝕性方面，碳膜層與鍍金層的特性相似。

圖65 鍍膜的不銹鋼雙極板 via馮·阿登納產品信息

馮·阿登納的碳膜涂層金屬雙極板用于燃料電池領域，其基片形狀包括三維、平面/剛性和柔性，基材采用鋼制成，鍍膜技術采用電子束技術, 磁控濺射（向上）, 磁控濺射（向下），其功能包括擴散阻擋層, 鈍化, 防腐蝕保護，膜層和膜系為a-C。

馮·阿登納還提供了相應的鍍膜設備，包括XEA|nova®晶硅鍍膜系統(tǒng)、SCALA模塊化鍍膜系統(tǒng)、MSC1250B金屬帶鍍膜系統(tǒng)、FOBA卷繞鍍膜系統(tǒng)和連續(xù)處理系統(tǒng)。

（七）SANDVIK——雙極板

SANDVIK是一家高科技和全球工程集團，擁有約42,000名員工，致力于提高客戶生產力、盈利能力和安全性。其業(yè)務基于材料技術方面的獨特專業(yè)知識，對工業(yè)流程的廣泛了解以及密切的客戶合作。這種組合加上對研發(fā)（R＆D）的持續(xù)投資，使SANDVIK在用于工業(yè)金屬切削的工具和工具系統(tǒng)、采礦和建筑行業(yè)的設備和工具，服務和技術解決方案、先進的不銹鋼和特殊合金以及工業(yè)加熱產品等領域取得了世界領先的地位。

SANDVIK提供用于電子應用的經濟型涂層鋼帶組合。SANDVIK涂層鋼帶（制作過程見圖66），采用先進的環(huán)保真空鍍膜工藝制得，主要特點有：經濟實惠的涂層；鋼帶和涂層之間具有優(yōu)異的附著力；導電性極佳；高耐腐蝕性；帶材厚度0.05-0.8毫米。具體應用有用于固體氧化物燃料電池（SOFC）的相互連接和用于聚合物電解質燃料電池（PEFC）的雙極板。

圖66 SANDVIK涂層鋼帶制作過程（①為清潔/檢查；②為上涂層（采用連續(xù)蒸發(fā)工藝）；③為檢查（采用X射線檢測設備用于測量涂層的厚度和質量）；④為測試、分切和包裝） via SANDVIK Anna Jansson

SANDVIK SANERGY®LT預涂鋼帶可用做PEMFC雙極板（如圖67所示），并能進行大規(guī)模生產且生產成本低。其主要特點有：具有良好的界面接觸電阻，與金或石墨相當（根據DoE（美國能源部）要求（<10mΩcm -2））；PEMFC環(huán)境中的腐蝕<1μA/ cm 2；采用氣密材料；電氣降解率低（低于0.5％/ 1000小時）；良好成型性/涂層附著力。

圖67 SANDVIK SANERGY®LT預涂鋼帶用于PEMFC的雙極板viaSANDVIK AnnaJansson

（八）Borit——雙極板及其生產工藝

Borit成立于2010年，總部位于比利時，是OCAS公司衍生出的一家新公司。Borit致力于通過為燃料電池和電解槽開發(fā)領先且高效的薄金屬雙極板組件生產基礎設施，為金屬成型、切割、焊接、涂層和密封提供卓越的服務，為清潔能源經濟做出貢獻。

Borit提供的雙極板（見圖68）可用于多種類型的燃料電池（包括LT-PEM / HT-PEM / DMFC）

圖68 Borit雙極板 viaBorit官網

同時，Borit可提供雙極板生產的一站式服務，包括工程、材料、成型、切割、激光焊接、涂層。其中，成型采用的是Hydrogate™技術（見圖69）新的印刷機概念將經典的液壓成型技術推向連續(xù)工藝。利用靜水壓力，Hydrogate™提供了傳統(tǒng)成型工藝（如深拉伸）的強大替代方案，通過生成具有低殘余應力的極具挑戰(zhàn)性的幾何形狀，從而形成非常平坦的板材。

圖69 BoritHydrogate™技術viaBorit官網

在切割和焊接工藝上，Borit可提供激光切割、機械切割和激光焊接技術。Borit的激光切割技術（見圖70）十分靈活，適用于中小型系列雙極板切割，并集成視覺系統(tǒng)，適用于嚴格的尺寸公差以及控制薄材料的切割質量。Borit的機械切割技術適用更高系列的產品，其先進的模具可嚴格控制公差，并適用于薄材料的高質量切割。Borit的激光焊接技術具有優(yōu)異的焊接質量，板材平整度高，同時可進行遠程焊接，并適用于大量焊接，還可提供密封試驗。

圖70 Borit激光切割 viaBorit官網

Graebener——雙極板工藝

Graebener是一家具有近百年金屬加工經驗的德國家族企業(yè)，其業(yè)務涉及液壓成型，汽車行業(yè)，大型管道制造，船舶制造，風塔生產和造船等。同時，Graebener可為客戶提供包括液壓，控制和反饋控制技術以及針對工業(yè)4.0領域挑戰(zhàn)的開創(chuàng)性解決方案。

基于成型、切割和焊接的核心競爭力，借助PowerBoxx ®和PowerTower ®（見圖71），Graebener已成為金屬微結構板的生產線的主要開發(fā)商和制造商之一。在燃料電池領域，Graebener是生產隔板的先鋒企業(yè)之一，其已經生產了用于LT-PEM、HT-PEM、DMFC和SOFC的高精度和強力隔板（見圖72），并提供整個隔板產業(yè)鏈的解決方案。

圖71 Graebener PowerTower via Graebener官網

圖72 Graebener隔板 viaGraebener官網

PowerBoxx ®和PowerTower ®這兩個概念都基于優(yōu)化的液壓成型工藝（技術參考結果見圖73）。得益于特殊的Graebener補償系統(tǒng)以及沒有任何偏移的壓床，通過流體操作介質以高達6500t的閉合力和高達4000bar的壓力以高度精確的方式形成壁厚為50µm的各種金屬。

圖73 Graebener液壓成型工藝技術參考結果（從上往下依次為：成型、激光切割和激光焊接） via Graebener官網

與經典的沖壓或深沖成型方法相比，Graebener優(yōu)化的液壓成型工藝提供了許多技術優(yōu)勢和經濟效益，具體見圖74。

圖74 Graebener液壓成型工藝優(yōu)勢 viaGraebener官網

隨著各國加大對燃料電池技術的研發(fā)以及在汽車領域，眾廠商不斷重視氫燃料電池汽車的開發(fā)，雙極板在性能與成本方面必然會迎來突破。

日本國際氫能及燃料電池展覽會該展自2005年開始舉辦，是日本國際智能能源周展覽會的9個子展之一。

本屆屆日本國際氫能及燃料電池展覽會匯聚了氫能及燃料電池的各種相關高端技術、材料、部件和先進裝備，展出面積達到80000平方米，展商270余家。參展展品范圍涵蓋燃料電池零部件材料、檢測設備、制造技術、氫氣制造、供氫技術、氫氣存儲供給、燃料電池系統(tǒng)等。

△東京有明國際展覽中心

△燃料電池展會標識牌

△燃料電池展會展位地圖

△展會現(xiàn)場