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(zhì)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(dǎo)電流、分隔反應(yīng)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(duì)它也提出了高要求，須具有高導(dǎo)電性和氣密性、耐腐蝕性、高機(jī)械強(qiáng)度、重量輕等特性，并在實(shí)際生產(chǎn)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(fù)合板，三類雙極板在性質(zhì)上和應(yīng)用場(chǎng)景上各具特點(diǎn)。2019年的日本燃料電池展會(huì)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(guān)產(chǎn)品信息。本文將對(duì)金屬雙極板的國(guó)內(nèi)外主要生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)品性能參數(shù)進(jìn)行介紹。

2019年日本國(guó)際氫能及燃料電池展覽會(huì)（FC EXPO）上，高級(jí)檢索分析師關(guān)婧如、劉勝在觀展之后從儲(chǔ)氫瓶、電堆、動(dòng)力系統(tǒng)、空壓機(jī)和金屬雙極板五個(gè)角度進(jìn)行全面分析。本篇為金屬雙極板相關(guān)內(nèi)容。

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（一）上海福宜真空設(shè)備有限公司——雙極板涂層

上海福宜真空設(shè)備有限公司成立于2011年，為國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，先后承擔(dān)上海市張江創(chuàng)新資金重點(diǎn)項(xiàng)目 4 項(xiàng)，科委產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目 6 項(xiàng)，并已獲得授權(quán)發(fā)明專利 3 項(xiàng)，實(shí)用新型專利 20 項(xiàng)以上。福宜真空從事高端真空鍍膜設(shè)備及核心部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，同時(shí)開(kāi)展復(fù)雜鍍膜工藝研究及鍍膜技術(shù)服務(wù)。公司開(kāi)發(fā)的主要設(shè)備有：工模具硬質(zhì)涂層鍍膜設(shè)備、磁控濺射鍍膜設(shè)備、多弧離子鍍膜設(shè)備、磁控濺射多弧離子復(fù)合鍍膜設(shè)備、連續(xù)式磁控濺射鍍膜生產(chǎn)線、光學(xué)鍍膜設(shè)備、CVD和PECVD化學(xué)氣相沉積設(shè)備、ICP刻蝕設(shè)備和ALD原子層沉積設(shè)備等。

圖53 福宜無(wú)人機(jī)、汽車用雙極板鍍膜件 via福宜產(chǎn)品信息

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

福宜真空設(shè)備有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)致力于復(fù)雜鍍膜工藝的開(kāi)發(fā)。目前，福宜鍍膜重點(diǎn)研發(fā)方向?yàn)槿剂想姵仉p極板涂層（見(jiàn)圖53，產(chǎn)品測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)圖54），同時(shí)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)燃料電池雙極板涂層產(chǎn)業(yè)化設(shè)備（見(jiàn)圖55）。

圖55 福宜燃料電池雙極板涂層產(chǎn)業(yè)化設(shè)備（左：大型單體涂層設(shè)備，50片/批；右連續(xù)式極板涂層設(shè)備，1片/min） via福宜產(chǎn)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(guān)鍵的部件；為汽車、家用電器、消費(fèi)品電子、建筑等工業(yè)科技領(lǐng)域提供可靠的基礎(chǔ)材料。在燃料電池領(lǐng)域，YOOGLE著力新一代電池部件能通過(guò)工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)，降低各項(xiàng)成本，助力于新一代清潔能源技術(shù)能夠快速地應(yīng)用與普及。YOOGLE的主要業(yè)務(wù)包括質(zhì)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(jí)、性能可靠的金屬基質(zhì)雙極板（見(jiàn)圖56），是一種微米級(jí)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(gòu)成并具有優(yōu)秀的納米涂層性能。其產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)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(zhǎng)（YOOGLE推算可達(dá)20000h以上）；PEMFC（質(zhì)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(dǎo)電性能，低接觸電阻≤3mΩ•cm2；性價(jià)比高。

圖56 YOOGLE金屬雙極板viaYOOGLE官網(wǎng)

同時(shí)，根據(jù)不同的應(yīng)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(jiàn)圖57），并可為客戶提供定制化服務(wù)。

圖57 YOOGLE金屬板供貨參考范圍via YOOGLE官網(wǎng)

（三） IMPACT COATINGS——雙極板MAXPHASE™涂層

Impact Coatings成立于1997年。Impact Coatings AB開(kāi)發(fā)并商業(yè)化PVD表面處理的創(chuàng)新技術(shù)。PVD是用于真空涂覆金屬或陶瓷薄膜的方法。Impact Coatings已開(kāi)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(chǎn)品。該涂層為燃料電池，汽車反射器，塑料金屬化和其他應(yīng)用提供獨(dú)特的性能。Impact Coatings還銷售INLINECOATER™PVD設(shè)備系列，這些設(shè)備將高質(zhì)量涂料與經(jīng)濟(jì)高效且可靠的批量生產(chǎn)相結(jié)合。

Impact Coatings致力于增強(qiáng)燃料的動(dòng)力，其提供的陶瓷MAXPHASE™涂層（具體工藝見(jiàn)圖58）和INLINECOATER™FC涂層設(shè)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(jīng)濟(jì)實(shí)惠性等特點(diǎn)，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(chǎn)品介紹

Impact Coatings涂層過(guò)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(jié)在基材上并形成涂層。同時(shí)陶瓷MAXPHASE™（技術(shù)數(shù)據(jù)詳情見(jiàn)圖59）僅包含安全且低成本的產(chǎn)品材料，未涉及貴金屬，因此成本低，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

圖59 Impact Coatings涂層技術(shù)數(shù)據(jù) via Impact Coatings產(chǎn)品介紹

（四）Hauzer——雙極板涂層

Hauzer一直是等離子涂層的先驅(qū)。自20世紀(jì)90年代，汽車供應(yīng)商就開(kāi)始使用等離子涂層來(lái)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損和摩擦。從一開(kāi)始，Hauzer就與市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)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(shè)備可為諸多領(lǐng)域生產(chǎn)最好的類金剛石（DLC）和氮化物涂層。未來(lái)，Hauzer將擴(kuò)大其工業(yè)等離子解決方案，開(kāi)發(fā)符合客戶可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的技術(shù)和設(shè)備。

Hauze同時(shí)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(yīng)用技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在過(guò)去幾年中，Hauzer已在不銹鋼雙極板上開(kāi)發(fā)出高質(zhì)量的涂層。Ta-C涂層通常被認(rèn)為是用于PEM型燃料電池的最佳解決方案。通過(guò)在整個(gè)涂層溶液中實(shí)施等離子體表面清潔和金屬粘附層，已經(jīng)在粘附性、導(dǎo)電性和耐腐蝕性方面獲得了良好效果。

Hauzer正在開(kāi)發(fā)批量生產(chǎn)設(shè)備，可用于研發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)。Flexicoat®850（見(jiàn)圖60）是最小的生產(chǎn)設(shè)備，可用來(lái)配備各種沉積技術(shù)工藝和涂層開(kāi)發(fā)。Flexicoat®1500（見(jiàn)圖60）是最大的批量生產(chǎn)設(shè)備，可用于試制生產(chǎn)——每年可涂覆350,000雙極板（A4尺寸，雙面）。Hauzer Inline機(jī)器每天可涂數(shù)百萬(wàn)個(gè)組件。它們可對(duì)2-3種尺寸的組件進(jìn)行全天候生產(chǎn)，并能集成到高度自動(dòng)化的工廠中，當(dāng)需要增產(chǎn)時(shí)，可通過(guò)增加設(shè)備實(shí)現(xiàn)。此外，Metalliner®（見(jiàn)圖60）可以每年生產(chǎn)1到1千萬(wàn)雙極板（具體取決于生產(chǎn)配置）。

圖60 Hauzer批量生產(chǎn)設(shè)備（左上：Flexicoat®850；右上：Flexicoat®1500；下：Metalliner®）via Hauzer產(chǎn)品介紹

（五）PRECORS Technologies——雙極板涂層

PRECORS Technologies（以下簡(jiǎn)稱PT）作為Juelich研究中心（ForschungszentrumJülich/ IEK-3）的一支雄心勃勃，積極進(jìn)取的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，在能源轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存、材料科學(xué)和電化學(xué)以及高效的實(shí)踐心態(tài)方面積累了豐富的專業(yè)知識(shí)。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(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖61 PT在MIFULAS項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的雙極板 via PT官網(wǎng)

PT選擇輕質(zhì)薄金屬雙極板（如圖61所示）作為其主打產(chǎn)品，通過(guò)使用金屬雙極板（與碳基材料相比）可以實(shí)現(xiàn)燃料電池重量和體積的明顯減小（具體優(yōu)勢(shì)見(jiàn)圖62）。例如，當(dāng)電功率密度為0.5W / cm 3，通道深度為0.7mm（材料厚度0.1mm）時(shí)，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(shì)viaPT官網(wǎng)

使用PRECORS雙極板進(jìn)行的電池測(cè)試顯示出與通過(guò)PVD（物理氣相沉積）技術(shù)制備的Gold涂層板相當(dāng)?shù)母咝阅埽ň唧w見(jiàn)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(wǎng)

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

圖64 界面接觸電阻viaPT官網(wǎng)

（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(guó)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(lái)的。憑借超過(guò) 50 年的電子束工藝經(jīng)驗(yàn)以及 40 余年的磁控管技術(shù)能力，馮·阿登納成為薄膜光伏領(lǐng)域玻璃鍍膜系統(tǒng)和設(shè)備的領(lǐng)先供應(yīng)商之一。

馮·阿登納已經(jīng)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(jiàn)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(chǎn)品信息

馮·阿登納的碳膜涂層金屬雙極板用于燃料電池領(lǐng)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(shù)采用電子束技術(shù), 磁控濺射（向上）, 磁控濺射（向下），其功能包括擴(kuò)散阻擋層, 鈍化, 防腐蝕保護(hù)，膜層和膜系為a-C。

馮·阿登納還提供了相應(yīng)的鍍膜設(shè)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(tuán)，擁有約42,000名員工，致力于提高客戶生產(chǎn)力、盈利能力和安全性。其業(yè)務(wù)基于材料技術(shù)方面的獨(dú)特專業(yè)知識(shí)，對(duì)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(duì)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(shè)備和工具，服務(wù)和技術(shù)解決方案、先進(jìn)的不銹鋼和特殊合金以及工業(yè)加熱產(chǎn)品等領(lǐng)域取得了世界領(lǐng)先的地位。

SANDVIK提供用于電子應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)型涂層鋼帶組合。SANDVIK涂層鋼帶（制作過(guò)程見(jiàn)圖66），采用先進(jìn)的環(huán)保真空鍍膜工藝制得，主要特點(diǎn)有：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的涂層；鋼帶和涂層之間具有優(yōu)異的附著力；導(dǎo)電性極佳；高耐腐蝕性；帶材厚度0.05-0.8毫米。具體應(yīng)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(zhì)燃料電池（PEFC）的雙極板。

圖66 SANDVIK涂層鋼帶制作過(guò)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(cè)設(shè)備用于測(cè)量涂層的厚度和質(zhì)量）；④為測(cè)試、分切和包裝） via SANDVIK Anna Jansson

SANDVIK SANERGY®LT預(yù)涂鋼帶可用做PEMFC雙極板（如圖67所示），并能進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)且生產(chǎn)成本低。其主要特點(diǎn)有：具有良好的界面接觸電阻，與金或石墨相當(dāng)（根據(jù)DoE（美國(guó)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(shí)）；良好成型性/涂層附著力。

圖67 SANDVIK SANERGY®LT預(yù)涂鋼帶用于PEMFC的雙極板viaSANDVIK AnnaJansson

（八）Borit——雙極板及其生產(chǎn)工藝

Borit成立于2010年，總部位于比利時(shí)，是OCAS公司衍生出的一家新公司。Borit致力于通過(guò)為燃料電池和電解槽開(kāi)發(fā)領(lǐng)先且高效的薄金屬雙極板組件生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，為金屬成型、切割、焊接、涂層和密封提供卓越的服務(wù)，為清潔能源經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)。

Borit提供的雙極板（見(jiàn)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(wǎng)

同時(shí)，Borit可提供雙極板生產(chǎn)的一站式服務(wù)，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(shù)（見(jiàn)圖69）新的印刷機(jī)概念將經(jīng)典的液壓成型技術(shù)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(qiáng)大替代方案，通過(guò)生成具有低殘余應(yīng)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(shù)viaBorit官網(wǎng)

在切割和焊接工藝上，Borit可提供激光切割、機(jī)械切割和激光焊接技術(shù)。Borit的激光切割技術(shù)（見(jiàn)圖70）十分靈活，適用于中小型系列雙極板切割，并集成視覺(jué)系統(tǒng)，適用于嚴(yán)格的尺寸公差以及控制薄材料的切割質(zhì)量。Borit的機(jī)械切割技術(shù)適用更高系列的產(chǎn)品，其先進(jìn)的模具可嚴(yán)格控制公差，并適用于薄材料的高質(zhì)量切割。Borit的激光焊接技術(shù)具有優(yōu)異的焊接質(zhì)量，板材平整度高，同時(shí)可進(jìn)行遠(yuǎn)程焊接，并適用于大量焊接，還可提供密封試驗(yàn)。

圖70 Borit激光切割 viaBorit官網(wǎng)

Graebener——雙極板工藝

Graebener是一家具有近百年金屬加工經(jīng)驗(yàn)的德國(guó)家族企業(yè)，其業(yè)務(wù)涉及液壓成型，汽車行業(yè)，大型管道制造，船舶制造，風(fēng)塔生產(chǎn)和造船等。同時(shí)，Graebener可為客戶提供包括液壓，控制和反饋控制技術(shù)以及針對(duì)工業(yè)4.0領(lǐng)域挑戰(zhàn)的開(kāi)創(chuàng)性解決方案。

基于成型、切割和焊接的核心競(jìng)爭(zhēng)力，借助PowerBoxx ®和PowerTower ®（見(jiàn)圖71），Graebener已成為金屬微結(jié)構(gòu)板的生產(chǎn)線的主要開(kāi)發(fā)商和制造商之一。在燃料電池領(lǐng)域，Graebener是生產(chǎn)隔板的先鋒企業(yè)之一，其已經(jīng)生產(chǎn)了用于LT-PEM、HT-PEM、DMFC和SOFC的高精度和強(qiáng)力隔板（見(jiàn)圖72），并提供整個(gè)隔板產(chǎn)業(yè)鏈的解決方案。

圖71 Graebener PowerTower via Graebener官網(wǎng)

圖72 Graebener隔板 viaGraebener官網(wǎng)

PowerBoxx ®和PowerTower ®這兩個(gè)概念都基于優(yōu)化的液壓成型工藝（技術(shù)參考結(jié)果見(jiàn)圖73）。得益于特殊的Graebener補(bǔ)償系統(tǒng)以及沒(méi)有任何偏移的壓床，通過(guò)流體操作介質(zhì)以高達(dá)6500t的閉合力和高達(dá)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(shù)參考結(jié)果（從上往下依次為：成型、激光切割和激光焊接） via Graebener官網(wǎng)

與經(jīng)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(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益，具體見(jiàn)圖74。

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

隨著各國(guó)加大對(duì)燃料電池技術(shù)的研發(fā)以及在汽車領(lǐng)域，眾廠商不斷重視氫燃料電池汽車的開(kāi)發(fā)，雙極板在性能與成本方面必然會(huì)迎來(lái)突破。

日本國(guó)際氫能及燃料電池展覽會(huì)該展自2005年開(kāi)始舉辦，是日本國(guó)際智能能源周展覽會(huì)的9個(gè)子展之一。

本屆屆日本國(guó)際氫能及燃料電池展覽會(huì)匯聚了氫能及燃料電池的各種相關(guān)高端技術(shù)、材料、部件和先進(jìn)裝備，展出面積達(dá)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(cè)設(shè)備、制造技術(shù)、氫氣制造、供氫技術(shù)、氫氣存儲(chǔ)供給、燃料電池系統(tǒng)等。

△東京有明國(guó)際展覽中心

△燃料電池展會(huì)標(biāo)識(shí)牌

△燃料電池展會(huì)展位地圖

△展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)