在质子交换膜电解槽和燃料电池领域,双极板是核心组件之一。传统方案多采用纯钛材料,虽具备优异的耐腐蚀性,但高昂的成本限制了大规模应用。相比之下,基于聚合物 - 石墨的复合双极板成本更低、重量更轻,却面临在强酸环境中长期稳定性不足、导电性能难以保障的难题,亟需一层兼具功能性与保护性的涂层解决方案。
德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会下属的弗劳恩霍夫FEP研究所近期取得突破,成功开发出一种创新涂层工艺。该工艺在已认证的电子束镀膜产线上,将钛涂层的优异性能与复合材料的成本优势巧妙结合。通过等离子体激活的电子束物理气相沉积(EB-PVD with SAD)技术,在真空系统中实现钛层的精准沉积,既确保涂层具备高导电性和强耐腐蚀性,又严格控制基材温度,避免聚合物基体因过热而受损。
研发过程中,团队针对复合材料表面粗糙度特点优化了前处理工艺,并借助温度分布测量与模拟数据,精确划定工艺窗口。最终实现的钛薄膜不仅接触电阻低、防腐蚀效果显著,且全程未超过塑料基体的耐受温度上限。这一成果为制造兼具高性能与高性价比的复合双极板提供了可扩展的工业化路径,尤其适用于燃料电池和电解水制氢设备的大规模生产。
弗劳恩霍夫FEP金属涂层与能源技术组组长斯特凡·萨格博士指出:“研究证实,通过精细调控钛层厚度与工艺参数,复合双极板可真正替代纯钛极板,同时守住聚合物材料的温度边界。这为氢能技术开辟了高生产率、低成本的制造新方向。”该成果源于PolyFoleR项目,由弗劳恩霍夫FEP与UMSHT研究所联合推进,不仅开发了镀膜工艺,还建立了涵盖过程控制、表面预处理、温度优化及性能表征的完整评估体系,为后续向卷对卷或片材连续生产线转化奠定基础。
