質子交換膜燃料電池雙極板研究與塗層製備
隨著世界對能源需求的不斷增長和環境汙染的關注，燃料電池引起了廣泛關注，它是直接連續地把化學能轉化為電能的發電系統，是繼水電、火電和核電之後的第四種發電裝置。理論上講，燃料電池電熱轉化效率可達85%~90%。根據所用電解質的不同，燃料電池可以分為鹼性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和質子交換膜燃料電池（PEMFC）五大類。其中，質子交換膜燃料電池屬於低溫燃料電池（如圖1所示），具有高的轉換效率、低的操作溫度以及低汙染等特點，應用十分廣泛，目前主要應用於交通、便利電源裝置和家庭發電裝置等領域。
燃料電池是把化學能直接連續轉化為電能的高效、環保的發電系統。其中，質子交換膜燃料電池有著壽命長、比功率和比能量高、室溫下啟動速度快等優點，可作為移動式電源和固定式電源使用，且在軍事、交通、通訊等領域有著廣闊的應用前景，被認為是適應未來能源與環境要求的理想動力源之一。
雙極板是質子交換膜燃料電池核心部件之一，佔據了電池組很大一部分的質量和成本，且承擔著均勻分配反應氣體、傳導電流、串聯各單電池等功能。為了滿足這些功能需要，理想的雙極板應具有高的熱/電導率、耐蝕性、低密度、良好的力學效能以及低成本、易加工等特點。但目前生產的雙極板存在耐蝕性和導電性匹配性差、生產成本高和壽命短等問題。實現雙極板材料的導電性和耐蝕性的合理匹配，即在保證導電性合理的前提下，實現高的耐蝕性，保障整個體系的服役壽命，是燃料電池商業化的關鍵環節之一。
雙極板的作用主要體現在分隔氧化劑和燃料、傳導電流、支撐膜電極以保持電池堆結構穩定，因此雙極板必須具有阻氣性、良好的導電性與耐蝕性以及一定的力學效能（強度）。雙極板材料目前存在的關鍵問題是如何實現塗層材料的導電性和耐蝕性的合理匹配，即在保證合理導電性的前提下，實現高的耐蝕性，保障整個體系的服役壽命。最近研發的雙極板材料主要分為三大類：金屬雙極板、石墨雙極板以及複合雙極板，本文系統總結了這三類雙極板材料的研究進展，包括雙極板的導電/熱性、耐蝕性和力學效能，以及各類材料的優缺點和應用領域。
目前廣泛用作質子交換膜燃料電池雙極板的基體材料主要有石墨材料、金屬材料及複合材料三種。這三種材料製成的雙極板有不同的優缺點，但綜合而言均不能滿足雙極板的效能要求。針對以上問題，近幾年來研究者利用摻雜或表面改性的方法，在彌補雙極板材料的效能不足方面取得了較多的成果，很多改進後的材料已經可以滿足美國能源部提出的效能要求。
燃料電池雙極板塗層製備
超聲波噴塗技術可製備出高均勻度、高緻密性的碳基催化劑塗層，如在Nafion質子交換膜上沉積鉑碳、鈀碳、釕碳等催化劑塗層，緻密均勻且無溶脹現象。故此，超聲波噴塗技術已被業界廣泛認為是質子交換膜燃料電池膜電極的關鍵製備技術。 超聲波噴塗裝置可以噴塗於各種不同的金屬合金，其中包括鉑、鎳，銥和釕基燃料電池催化劑塗層的製備，以及PEMs、GDLs、DMFCs（直接甲醇燃料電池）和SOFCs（固體氧化物燃料電池）的製造。採用此技術製造出的電池具有高電池負荷及高電池效率的特點。
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