杜科新材：石墨复合极板与燃料电池用胶实践

2022-12-02 来源：高工氢电浏览数：304

“选材的成功与否在很大程度上决定着模压复合石墨双极板的成品质量。”杜科新材总经理郑健保在2022高工氢电年会上表示，要做好模压复合石墨双极板，做好材料筛选是基本前提。

在本届年会的【杜科新材冠名】电堆与核心材料专场，郑健保发表了“燃料电池材料选型”的主题演讲。他从模压基板的选择、模具设计、压机选择、微孔填充剂选择、冷却腔粘接密封胶选择等多个层面，对如何做好模压石墨双极板进行了详细解读。同时他还对膜电极粘接密封技术进行了深入分析。

选材是做好模压石墨双极板的基础

做好模压石墨双极板的第一个关键之处在于选材，选好材料是做好产品的基础。

在模压基板的选择方面，有3个要素需要重点关注。首先，为了达到高电导率，需对生产基板的石墨进行粒径选择和均匀混合；其次，根据流场设计选择对应的基板体密度，流道脊宽、高和极板的最薄处决定基板的选择；第三，基板的面密度均匀性决定极板的各项性能均匀性，要选择面密度均匀性合适的基板。

在压机选择方面，压机的台面精度影响着模具寿命和极板的精度；压机的吨位应尽量选择大点的，最好选择大直径单缸，确保模具受力均匀；模压方式选择位移模式，避免压力波动影响厚度精度。

在微孔填充剂选择方面，微孔填充剂对双极板的使用寿命起到关键性作用，和极板的气密性、硬度、强度、耐温变形性及耐化学腐蚀性等息息相关；微孔填充剂应可以长期耐酸和耐燃料电池专用防冻液，避免长期浸泡后造成极板漏气、漏液；微孔填充剂应长期耐高低温，避免在高温下软化，影响抗压强度，对此，郑健保建议选择玻璃化转变温度≥150℃的填充剂。

在冷却腔粘接密封胶选择方面，由于模压石墨双极板的材质和硬质雕刻板不同，其对胶粘剂的要求更高，需具备高剪切强度，低固化收缩率、好的润湿性及优异的韧性；长期耐酸和耐燃料电池专用防冻液，也是冷却腔粘接密封胶的必备要求；双极板的大功率、薄量化是发展方向，势必导致流场变浅，进气压力和流体阻力也会变大，对冷却腔的密封耐压提出了更高的要求，要想长期保证200KPa的压力不漏气、漏液，产品的设计耐压值应确保300KPa压力下不漏气。

此外，郑健保对膜电极粘接密封技术也提出了自己的思考。膜电极对粘接密封胶的要求主要有以下4点：

1、粘接密封胶固化过程中没有挥发物或挥发物对催化剂不影响，固化的粘接密封胶在高温酸性环境中没有离子析出

2、长期耐酸性环境的水煮不脱落分离

3、对溶胀的PEM、边框材料PEN/PET及GDL的粘接力强，满足气密要求

4、满足批量自动化生产的工艺要求

杜科新材的复合双极板和燃料电池用胶实践

作为一家专业的氢能源燃料电池整体用胶及复合双极板解决方案提供商，杜科新材目前已经建立了完整的燃料电池用胶产品矩阵，公司已经先后推出了石墨板微孔堵漏胶、石墨双极板水场粘接胶、双极板气场注塑密封胶、MEA边框及碳纸粘接胶、GDL粘接边框胶、增湿器灌封胶、金属板底涂粘接密封垫等多款产品。

根据电堆产品的升级迭代不断更新用胶技术，是杜科新材在燃料电池用胶领域快速崛起的关键。

为满足MEA注塑一体成型工艺要求，杜科新材还开发了双极板气场注塑密封胶DB9602系列产品。DB9602系列可以满足燃料电池各类使用环境要求，可以同时适配石墨双极板和金属双极板气场密封。MEA的注塑一体成型工艺，固化后的胶条，具有优异的物理、电气性能，密封性能优异等。

在MEA边框及碳纸粘接胶方面，杜科新材开发了DB712H系列产品。该系列产品专为燃料电池MEA粘接设计的。单组份紫外线光固化胶，对 PET、PEN、质子交换膜、碳纸等基材有优秀的附着力，具有粘接强度高、收缩率低、吸水率低、耐水煮、耐酸性能优异特点，满足丝网印刷工艺。

基于模压复合石墨双极板的广阔前景，杜科新材在复合双极板用胶粘剂的业务基础上作出战略转型。2020年年底由汉缆股份、杜科新材以及青岛岩海碳材料三方联合成立的青岛杜科，主要专注于超薄复合石墨双极板组件的生产和销售。

在双极板业务方面，青岛杜科已经拓展了柔性石墨预制板（基板）、复合双极板、复合双极板组件（带密封）等多款产品。杜科还计划在2023年推出金属石墨复合板产品。