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燃料电池双极板是电堆中的“骨架”，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、分配气体的重要作用。近年，随着燃料电池汽车示范政策逐步推进，双极板的市场规模同比在持续扩大。
在燃料电池核心部件国产化进程中，石墨双极板是突破最快的核心部件之一。国产石墨双极板已经拥有优异的性能及广泛的实际应用。
双极板原理
双极板又称集流板，其功能是提供气体流道，防止电池气室中的氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。双极板是燃料电池重要部件之一，其重量约占PEMFC电堆的80%，成本约占24%。
在保持一定机械强度和良好阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。目前市场上氢燃料电池的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类。
石墨材料是最早开发用于PEMFC双极板的材料，其优势是耐腐蚀性强，耐久性高，但不足的是制作周期长，抗压性差，成本高，目前广泛应用于专用车与客车。
金属双极板强度高、韧性好，而且导电、导热性能好，功率密度更大，可以方便的加工制成很薄的PEMFC双极板(0.1～0.3 mm)，主要应用于乘用车，如丰田Mirai采用的就是金属双极板，其燃料电池模块功率密度达到3.1kW/L；英国Intelligent Energy新一代EC200-192金属双极板燃料电池模块的功率密度更是达到了5kW/L。
复合材料双极板兼具石墨材料的耐腐蚀性和金属材料的高强度特性，未来将向低成本化方向发展。
目前国际市场上，欧美日石墨、金属双极板整体较强，美、英复合材料双极板处于世界先进水平。国内石墨双极板较成熟，个别厂商生产的石墨双极板部分性能已达国际先进水平，如上海弘枫实业、上海弘竣、淄博联强等企业。金属和复合材料双极板在我国研究较晚，技术仍有较大提升空间。现阶段国内金属和复合材料双极板的相关研究机构及企业有武汉理工大学、爱德曼氢能源、新源动力等。
双极板流场
流场的基本功能是引导反应气流动方向,确保反应气均匀分配到电极的各处,同时能及时排出电池运行过程中的生成物｡
常规流场形式主要包括:平行直流场､单通道蛇形流场､多通道蛇形流场､交指状流场､网状流场､点状流场､螺旋流场等｡但各种流场形式均有不足之处。
平行直流场可以通过改变沟与脊的宽度比和通道的长度来改变流经沟槽的反应气的线速度,以排出液态水｡平行流道的缺点是,一个流道中的障碍物将导致剩余流道中流体的重新分配,并因此存在一个阻塞死区,导致气体分配不均匀｡优点是加工简单,流体阻力小｡目前,很多电堆空气侧采用这种流场,流体从歧管进入并通过流场分配段过渡到平行沟槽流场内，平行直流场如图所示。
平行直流场
变截面直通道流场是平行直流场的一种改进流场,变截面直通道流场如下图所示。由于流场截面的变化,气体沿流道的速度和方向均会发生变化,可以有效促进传质。下图a中是一种方形变截面流道,流道沟槽顶部和底部不平行,形成一定夹角,模拟分析表明:相比平行流道,这种变截面流道有利于增大电流密度和最大功率密度｡下图b设计流道内部为起伏波浪形结构的的流场,模拟分析表明:周期性变化的波浪结构可以提高反应气体流速和催化剂的效率,降低大电流密度下的传质极化｡
变截面直通道流场a)方形变截面流道b)波浪形变截面流道
蛇形流场分为单通道和多通道结构,蛇形流场如下图所示｡对于单通道蛇形流道，所有气体在一根流道中流动,气体流速很大,且流道长,造成压损过大,虽有利于反应水的排除,但不利于电流密度的均匀性和催化剂的利用｡且单根流道一旦堵塞,直接会导致电池无法使用｡ 为了避免上述单蛇流场的缺点,多采用下图b所示的多通道蛇形流道｡多通道蛇形流场兼有直流场和单蛇流场的优点,即使单根道堵塞,其他流道也会发挥作用,同时相同活性面积采用多通道有利于减少流道的转折,可有效降低压力损失,保证电池的均匀性｡蛇形流场具有反应气体流量多､流速大､化学反应速率快､反应产生的水可随气体排出的特点｡但因其流道过长,气体压力损失大,进出口气体压差大,不利于催化剂的利用和电流密度的均匀性｡
蛇形流场a)单通道蛇形流道b)多通道蛇形流道
蛇形流道是连续的,通过改变沟与脊的宽度比､通道的数目和沟槽的总长度来调整反应气流动的线速度,以排出液态水｡其优点是流体可以强制流经流道,当然这需要一定压头的空压机作为保障;缺点是流体阻力较大,在流道的末端会产生极化损失｡
交指状流场交指状流场从极板入口到极板出口的流道通常是不连续的,流道是死端,这使得反应物流在压力作用下穿过多孔的反应物层,到达连接于歧管装置的流道上｡交叉梳状流场配置可有效地将水从电极结构中移走,防止淹没并增强性能;缺点是阻力较大,且容易发生短路现象,目前实际较少采用｡
交指状流场
网状流场网状流场通常是将阻挡物规则地排列在流体进出口之间,使流体在阻挡物间的孔隙中绕流｡这种设计灵活性更大｡因为这种流场中的流体流速比较低,所以排水能力较差,不过其保湿能力相对较强｡日本丰田公司在Mirai FCV上即采用网状流场的设计,利用3D精细网格形成空气与水的流通通道｡与平行沟槽流场比较,该网状流场提高了氧气扩散进入催化层的能力,降低传质极化｡3D精细网格流场如图2-26所示｡ 特点:3D流场可使流体产生垂直于催化层的分量,从而强化流体传质;但其要求空压机的压头较高,以克服流体在流道内的流动阻力｡可以采用减少流道长度的途径,减小阻力｡
3D精细网格流场
市场情况
2018年-2020年，国内燃料电池双极板的市场规模分别是2.5亿元、2.85亿元、3.1亿元，呈逐年递增状态。目前氢燃料电池双极板市场呈现市场规模小、技术路线多样、参与者类型多等特点。
双极板具有分隔反应气体、收集电流和提供反应气体通道等功能，其质量的好坏直接决定电堆输出功率的大小和使用寿命的长短。在氢燃料电池汽车的成本构成中，整车中氢燃料电池系统占比高达60%；系统中电堆成本最高占比超过50%；电堆中双极板的成本占比仅次于膜电极。
电堆成本居高不下的主要原因，一方面在于国内核心零部件技术不成熟只能依赖进口，另一方面在于市场尚未成熟，目前主要依靠的还是国家的政策推动。
国内双极板研发生产企业
华熔科技
华熔科技由上海栏能新材料有限公司和浙江铁狮高温材料有限公司合资组建而成，主要从事燃料电池石墨双极板的研发与生产。2021年，公司根据市场需求扩充产能，在8月底实现一期项目的投产；二期也已于年底完成初步验收。全年，华熔科技燃料电池石墨双极板出货量约50万组（含风冷双极板），同比增速达300%。
华熔科技目前拥有百万片级石墨双极板量产经验。随着公司二期项目逐步实现投产，其月产能有望达到15-20万组。华熔科技燃料电池石墨双极板已成为公司各石墨制品项目中营收额位列第二的业务板块。
青岛杜科
由汉缆股份、杜科新材料以及青岛岩海碳材料有限公司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，截至目前，青岛杜科已经建成年产100万组超薄复合石墨双极板的生产线。
12月13日，青岛杜科模压复合石墨板新品发布会与高工氢电年会同期盛大举办。青岛杜科的模压石墨复合板拥有知识产权，已授权发明专利。该产品采用自合成树脂胶，和增强材料、石墨蠕虫混合，辊压成型预成型板，采用快速冷压成型的模压工艺，配套研发的水场和气场粘接密封的用胶方案，拥有技术可控和成本可控的优势。
弘竣新能源
弘竣新能源成立于2010年，最早在2011年开始将石墨双极板产品应用于燃料电池汽车，现在拥有浙江嘉善、山东泰安两大大生产基地，年产能200万片。公司十年在技术上的持续积累以及强大的供货能力，让弘竣新能源在行业有非常广泛的客户基础。2021年示范政策开启，弘竣新能源出货量实现在80万片左右，同比实现40%的增长，其中大客户需求量稳中增长，小客户数量也实现明显增长。
产品层面，目前弘竣新能源第三代石墨双极板是市场销售主力，该产品通过浸渍工艺使石墨板减少了95%以上的孔隙率，并且超薄可大幅降低电堆占用的体积和重量，深受市场好评。为持续提升公司核心竞争力，弘竣新能源在研发第四代石墨双极板，现已进入小批量验证阶段。新一代石墨双极板在材料和性能上更优更稳定，气密性≤0.1SCCM，单面有糟厚度能达到0.5mm，槽深0.2mm。
嘉裕碳素
嘉裕碳素成立于2008年，是华南地区最早从事石墨销售和加工配套厂家之一。由于长期从事石墨产品的生产制造，公司拥有一批资深的工程人员，从项目、设计、程序、生产、检测和售后服务，每个环节都配备有高水准的专业人员，业内称，嘉裕碳素在进入石墨双极板领域之初就“站在了巨人肩膀上”。公司于2013年凭借在石墨精加工领域的深厚积淀，入局石墨双极板市场。经过近10深耕，嘉裕碳素创造性地开发出了超薄超精细石墨双极板，并将产能提升至80-120万片/年。
嘉裕碳素目前所生产的石墨双极板，单面有槽厚度在0.5mm，双面有槽厚度在0.8mm，单组石墨双极板的厚度在1.3mm左右，提前突破国家制定2025年前单组石墨双极板厚度1.5mm的要求。
上海治臻
上海治臻成立于2016年，是国内首家专注氢燃料电池金属双极板研发及制造的国家高新技术企业。公司核心技术源自上海交通大学，历经十六年精研创新，在极板构型设计、超薄板精密成形和高速激光焊接、高性能复合纳米涂层和一体化密封等方面拥有完全自主知识产权的关键核心技术，达到国际一流水平的金属极板设计与制造能力。
截至目前，上海治臻累计开发了7代具有自主知识产权的金属双极板，并掌握“全工艺链集成”关键自主核心技术，实现了给国内核心主机厂及电堆企业的大规模量产供货，成为国产金属板技术实力“担当”。2021年3月，上海治臻年产千万片级金属极板产线在常熟市投产，这是目前全球最大的一条金属极板产线，同时标志着我国氢燃料电池汽车行业由研发阶段进入规模化示范应用时期。
2021年期间，上海治臻还推出了新型碳涂层金属极板产品，在极板成本降低40%-50%的同时，还将金属板燃料电池发动机预期寿命延长至2万小时以上。这款金属双极板最大的突破在于采用了最新的碳涂层技术，能有效极板提升寿命并降本成本，现阶段该技术已经具备百万片大规模量产能力，为推动燃料电池行业快速降本奠定基础。
三佳机械
三佳机械于2005年在上海成立，2007年通过与上海航天空间电源研究所（811研究所）合作研制氢燃料电池钛合金单极板，成为国内最早涉足燃料电池金属极板的企业之一。三佳机械经过不断的技术迭代，目前已成功交付了80多款不同流道形态的金属双极板，材料主要为钛合金、SUS316L等，材料厚度为0.075-0.1mm，钛合金材料的流道深度最大可达0.45，SUS316L材料的流道深度达到0.5±0.01，流道周期分别有1.0/1.1/1.25/1.4/1.6/1.8/2.0mm，流道间均匀度≤±0.01mm，流道高度均匀度≤±0.015mm，双极板翘曲度＜2mm。
三佳机械目前厂房面积7000平方米，拥有高精度的冲压成形、激光焊接、超声波清洗、气密性检测等双极板生产设备，年产双极板200万片；拥有高精度的高速加工中心、线切割、电火花、磨床等模具加工设备，年产双极板模具50套；还拥有五轴加工中心、卧式加工中心、立式加工中心、钻铣攻牙中心等机械加工设备，用于电堆壳体、端板、集流板等零部件的加工。
博远新能源
博远新能源，全称“博远（山东）新能源科技发展有限公司”，母公司是轴承业的龙头企业山东金帝精密。基于母公司在精密制造方面的深厚积淀，博远新能源成立至今仅1年就已经能够给客户提供定制化的燃料电池极板解决方案（包括设计与匹配），所推出的金属双极板可以满足超过150kW的大功率电堆装堆需求。
博远新能源金属双极板所使用的涂层是非贵金属涂层，可有效降低制造成本；产品还具有接触电阻低耐腐蚀性强的优势，技术指标远超DOE要求水平，耐久性能可达到10000-15000h。
目前公司已组装金属双极板的批量化生产线，一期产能为60~100万副/年（后续产能逐步提升，预计在2023-2024年会达到600万副/年），拥有高精度的冲压成形、激光焊接、表面涂层、注塑密封、气密性检测等双极板生产设备。
上海弘枫
上海弘枫成立于1996年，专注于石墨相关产品的研发、生产。2003年，公司开始涉足燃料电池双极板领域，见证了中国氢燃电池行业发展壮大的过程。2004年上海弘枫团队曾参与国家863项目中“超越3号”中石墨双极板的研发和生产；2008年奥运会和2010年世博会上，上海弘枫是国家氢燃料电池示范车的唯一石墨双极板供应商。
2021年，上海弘枫石墨双极板出货量达200万片，同比增长100%，其中海外业务占比80%，国内业务占比20%，营收实现1.2亿元。上海弘枫是国内规模最大的燃料电池极板生产商之一，目前年产能可达400万片，累计出货量已经达500万片。
神州碳业
江苏神州碳制品是国内首家为中国燃料电池电堆实车测试装上石墨双极板的生产企业。早在2001年就曾参与同济大学“863”项目燃料电池石墨双极板指定供应商，是国内石墨双极板领军企业。作为专业生产石墨双极板的企业，神州碳制品不仅是国内最早研发生产燃料电池双极板的企业，也在氢能逐渐成为热潮的时机中为燃料电池国产化做出重要贡献。
江苏神州碳制品于1998年开始从事氢燃料电池用石墨双极板的研发与生产，是中国第一家开始从事氢燃料电池用石墨双极板的研发及生产企业。经过二十多年的经验累积与沉淀，神州碳业生产的石墨双极板拥有优良的导电导热性能、抗腐蚀性强、稳定耐久的阻气性能、超薄的厚度、良好的可加工性。
参考文章：燃料电池电动汽车设计
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