在质子交换膜电解槽和燃料电池领域,双极板是核心组件。传统方案多采用纯钛制造,虽具备优异的耐腐蚀性,但成本高昂且重量较大。相比之下,基于聚合物和石墨的复合双极板具有显著的成本优势和轻量化特点,然而其表面在酸性且具腐蚀性的氢能环境中难以长期保持电导率与稳定性,必须依赖高性能的保护涂层才能胜任。
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,成功开发出一套针对复合双极板的创新钛涂层工艺。该方案巧妙结合了复合材料的成本优势与钛金属的功能特性,为氢能设备提供了更具经济性的解决方案。这一技术并非简单的材料叠加,而是通过精密控制实现了在敏感基材上沉积高质量金属层。
该工艺采用等离子体激活的电子束物理气相沉积(EB-PVD with SAD)技术,在真空环境下进行。研发面临的核心挑战在于平衡:既要确保钛层具备高导电性和强耐腐蚀性,又要严格控制热输入,防止温度超过聚合物基材的耐受极限。研究团队通过优化表面预处理工艺,适应复合材料粗糙的表面特性,并利用测量与模拟技术精确控制热分布,成功在塑料允许的温度窗口内,沉积出致密、低接触电阻且防腐性能优异的钛薄膜。
弗劳恩霍夫FEP金属涂层与能源技术小组负责人斯特凡·萨格博士指出,该研究证实复合双极板完全可以通过沉积超薄钛层,在保持聚合物温度限制的前提下,实现与纯钛板相当的功能表现。这一成果不仅验证了技术可行性,更为未来氢能领域的高效率、低成本制造开辟了新的路径。相关技术已在PolyFoleR项目中得到验证,团队建立了涵盖过程控制、预处理、温度优化及性能表征的完整工具集。
葡萄牙及欧洲地区在氢能产业链布局上起步较早,尤其在电解水制氢和燃料电池汽车应用方面拥有成熟的测试标准与市场需求。然而,高昂的设备成本一直是制约大规模商业化的瓶颈。德国弗劳恩霍夫研究所的这项技术突破,通过材料科学的创新,直接回应了行业对“降本”的迫切需求。这种将高端金属涂层技术应用于低成本基材的思路,对于正处于氢能产业化关键期的市场而言,具有极强的示范意义。
对于中国氢能企业而言,这一技术路径提供了重要的参考方向。在追求国产替代与成本控制的背景下,单纯依赖进口纯钛材料或盲目追求全复合材料并不一定是最优解。通过引入先进的表面工程与涂层工艺,提升复合材料的性能边界,可能是实现高性能与低成本平衡的关键。未来,随着卷对卷等连续化生产技术的成熟,此类涂层工艺有望大幅降低双极板制造成本,加速氢能装备的普及进程。
