雙極板構成了質子交換燃料電池的支柱，因此占據了燃料電池堆價值的很大一部分，IDTechEx預測，到2033年，其市場價值將超過24億美元。雙極板的一個主要話題是材料的選擇-金屬或石墨-這兩種選擇在某些應用中占據上風。

然而，雙極板的一個經常被忽視的方面是各種可用的制造路線。在本文中，IDTechEx討論了一些不同的選擇，以及為了降低制造成本而不可避免地收斂到卷對卷生產方法。

新的IDTechEx報告《PEM燃料電池材料2023-2033》，提供了PEM燃料電池雙極板和其他關鍵組件的全面技術概述，對雙極板的主要供應商進行了評估，還包括了關鍵燃料電池組件和材料在單位和數量方面的10年市場預測。

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IDTechEx還廣泛報道了電動汽車行業，并在《燃料電池電動汽車2022-2042》中預測了燃料電池電動汽車的需求。

雙極板連續卷對卷(R2R)生產方法的原理圖，以及從片對片(S2S)到R2R生產的過渡分析。來源：IDTechEx

雙極板(BPPs)在燃料電池中起著重要的作用；它們不僅為電池提供結構支撐，還能將氧氣和氫氣分離，同時收集電池中產生的電流。

鑒于BPP的重要作用，在選擇材料時必須考慮各種因素，如機械強度、耐腐蝕性、導電性(包括電和熱)和材料成本。

在報告中，IDTechEx對石墨和金屬這兩種最主要的雙極板材料選擇進行了基準測試，并對組件供應商、他們的制造方法以及與原始設備制造商的供應鏈協議進行了深入分析。

氣體在整個燃料電池中的分布取決于BPP中允許氣體流動的通道(流場)。BPPs的主要戰場之一是選擇合適的方法將流場通道引入板中。

機械加工通常通過計算機引導的數控機床進行，該機床機械地去除材料以形成流場。沖壓是制造雙極板(BPPs)的主要方法，在石墨基板領域也稱為壓縮成型。

涂層可以在沖壓前應用，但必須注意不要將缺陷引入涂層，因為這可能導致板的針孔腐蝕。激光焊接將任何墊圈或其他部件密封到BPP上。

為了燃料電池的廣泛采用，每個組件的成本點都必須降低，這與BPP尤其相關，根據IDTechEx的研究，到2033年，BPP將占燃料電池電堆價值的30%以上。

與所有生產方法一樣，規模經濟應該有助于降低成本，但應該看到，轉向卷對卷(R2R)生產將在降低燃料電池成本方面發揮關鍵作用。根據其原理圖，其中可變成本，如采購材料，將占主導地位。

相比之下，為了升級單張到單張(S2S)的制造，需要對制造設備進行投資。在這一領域，舍弗勒已經采取了一些早期行動，與Symbio合作建立了Innoplate。該合資企業2024年初投產時，初始產能將達到400萬塊涂層金屬板，到2030年的目標是生產5000萬塊。

PEM燃料電池的另一個關鍵部件——氣體擴散層(GDLs)的制造方法可以與之相提并論。GDL是一種多孔介質，促進反應物(氫、氧)和產物(水)在催化劑層之間的轉移。它通常由碳紙制成，也為膜電極組件(MEA)提供結構支撐。

GDLs的制造過程有多達10個階段，通常都在一個連續的R2R過程中進行。領先的GDL供應商的產線運行速度高達10米/分鐘。隨著R2R系統的發展，目前降本因素取決于人工與質量控制。

回到BPP，除了看似不可避免地轉向基于沖壓或壓縮成型的連續R2R工藝，還有其他選擇嗎？蝕刻，包括光化學和激光，是一種相對較新的雙極板生產技術，并允許使用來自半導體元件行業的技術快速成型。

就像機械加工一樣，需要復雜的涂層工藝來避免金屬BPP的腐蝕，而該方法并不適合石墨板。Bramble Engineering正在開發一種基于印刷電路板技術的獨特BPP生產技術，該技術被吹捧為基于現有制造程序的“即時可擴展”。

Bramble預計他們的產品將在2025年之前完成測試并實現商業化，然后將技術授權給原始設備制造商。盡管有這些新興的替代品，IDTechEx預計更傳統的制造技術將在中期占據主導地位，并在長期內保留很大一部分市場。

（素材來自：IDTechEx全球氫能網、新能源網綜合）

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