工程科学学报.第43卷，第5期：585-593.2021年5月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.5:585-593,May 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.02.001;http://cje.ustb.edu.cn 碳基复合材料模压双极板研究进展 冯利利四，陈越”，李吉刚，汤思遥”，杜军钊，李彤岩，李星国) 1)中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京1000832)北京华胜信安电子科技发展有限公司，北京1000853)北京大学化学与分 子工程学院，稀土材料化学及应用国家重点实验室，北京分子科学国家实验室，北京100871 区通信作者，E-mail:sharpfl@buaa.edu.cn 摘要双极板作为质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的重要组成部件，对电池堆的重量、体积、效率、耐久度、成本起着决定 性作用.目前，金属板与石墨板电堆制备技术相对成熟，已经广泛应用于商用车、乘用车领域，但复合双极板的生产制造因原 料配方未完全实现国产化、无法大批量流水线生产、成本较高等在我国仍未大批量投入市场.寻找低成本的原材料、优化原 料配比及加工条件、缩短加工周期对复合双极板的产业化具有重要意义.本文首先比较了金属双极板、石墨双极板和复合双 极板的特点，介绍了复合双极板的模压工艺及优点，然后概述了碳基复合材料模压双极板的研究进展，包括以酚醛树脂、环 氧树脂和乙烯基酯树脂等热固性树脂为黏结剂的树脂/石墨复合双极板和炭黑、碳纤维、碳纳米管增强复合双极板，重点总 结了原料种类、配比和成型工艺条件对双极板性能的影响，最后梳理了复合双极板的产业化现状，提出国内外主要双极板研 发企业面临的问题，并对复合双极板的发展方向进行了展望. 关键词质子交换膜燃料电池：复合双极板：石墨；热固性树脂：碳增强材料 分类号TM911.4,TB332 Research progress in carbon-based composite molded bipolar plates FENG Li-i,CHEN Yue,LI Ji-gang.TANG Si-yao,DU Jun-zhao),LI Tong-yan,LI Xing-guo 1)School of Chemical and Environmental Engineering,China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China 2)Beijing Huasun Information Security Electronic Technology Co.,Ltd.,Beijing 100085,China 3)Beijing National Research Center of Molecular Sciences,State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications,College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,China Corresponding author,E-mail:sharpfl@buaa.edu.cn ABSTRACT Bipolar plates are significant components in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs),thus playing a decisive role in the weight,volume,efficiency,durability,and cost of battery stacks.At present,the preparation technologies of metal and graphite plate stacks have become relatively mature,and have been widely used in the fields of commercial and passenger vehicles. However,production of composite material bipolar plates has not been marketed on a large scale in China due to the incomplete localization of raw material formulation,absence of mass production lines and high production cost.Therefore,it is of great significance to find low-cost raw materials,screen raw material compositions and ratios,optimize processing conditions including molding temperature,pressure and time,and shorten the processing cycle for the industrialization of composite bipolar plates.In this review,the characteristics of metal bipolar plates,graphite bipolar plates and composite material bipolar plates were compared.Moreover,the molding process and its advantages in composite bipolar plate production were introduced.Subsequently,recent progress in research of carbon-based composite molded bipolar plates was summarized.This includes resin/graphite composite bipolar plates using thermosetting resins such as phenol formaldehyde resin,epoxy resin and vinyl ester resin as the binder,and carbon black,carbon fiber 收稿日期：2021-01-02 基金项目：北京市科学技术委员会资助项目(Z191100004619011):中央高校基本科研业务费资助项目(2020 YJSHH22)碳基复合材料模压双极板研究进展 冯利利1) 苣，陈    越1)，李吉刚2)，汤思遥1)，杜军钊2)，李彤岩2)，李星国3) 1) 中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083    2) 北京华胜信安电子科技发展有限公司，北京 100085    3) 北京大学化学与分 子工程学院, 稀土材料化学及应用国家重点实验室，北京分子科学国家实验室，北京 100871 苣通信作者，E-mail: sharpfl@buaa.edu.cn 摘    要    双极板作为质子交换膜燃料电池（PEMFCs）的重要组成部件，对电池堆的重量、体积、效率、耐久度、成本起着决定 性作用. 目前，金属板与石墨板电堆制备技术相对成熟，已经广泛应用于商用车、乘用车领域，但复合双极板的生产制造因原 料配方未完全实现国产化、无法大批量流水线生产、成本较高等在我国仍未大批量投入市场，寻找低成本的原材料、优化原 料配比及加工条件、缩短加工周期对复合双极板的产业化具有重要意义. 本文首先比较了金属双极板、石墨双极板和复合双 极板的特点，介绍了复合双极板的模压工艺及优点，然后概述了碳基复合材料模压双极板的研究进展，包括以酚醛树脂、环 氧树脂和乙烯基酯树脂等热固性树脂为黏结剂的树脂/石墨复合双极板和炭黑、碳纤维、碳纳米管增强复合双极板，重点总 结了原料种类、配比和成型工艺条件对双极板性能的影响，最后梳理了复合双极板的产业化现状，提出国内外主要双极板研 发企业面临的问题，并对复合双极板的发展方向进行了展望. 关键词    质子交换膜燃料电池；复合双极板；石墨；热固性树脂；碳增强材料 分类号    TM911.4; TB332 Research progress in carbon-based composite molded bipolar plates FENG Li-li1) 苣 ，CHEN Yue1) ，LI Ji-gang2) ，TANG Si-yao1) ，DU Jun-zhao2) ，LI Tong-yan2) ，LI Xing-guo3) 1) School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China 2) Beijing Huasun Information Security Electronic Technology Co., Ltd., Beijing 100085, China 3) Beijing National Research Center of Molecular Sciences, State Key Laboratory of Rare Earth Materials Chemistry and Applications, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, China 苣 Corresponding author, E-mail: sharpfl@buaa.edu.cn ABSTRACT    Bipolar plates are significant components in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), thus playing a decisive role  in  the  weight,  volume,  efficiency,  durability,  and  cost  of  battery  stacks.  At  present,  the  preparation  technologies  of  metal  and graphite  plate  stacks  have  become  relatively  mature,  and  have  been  widely  used  in  the  fields  of  commercial  and  passenger  vehicles. However,  production  of  composite  material  bipolar  plates  has  not  been  marketed  on  a  large  scale  in  China  due  to  the  incomplete localization of raw material formulation, absence of mass production lines and high production cost. Therefore, it is of great significance to  find  low-cost  raw  materials,  screen  raw  material  compositions  and  ratios,  optimize  processing  conditions  including  molding temperature, pressure and time, and shorten the processing cycle for the industrialization of composite bipolar plates. In this review, the characteristics  of  metal  bipolar  plates,  graphite  bipolar  plates  and  composite  material  bipolar  plates  were  compared.  Moreover,  the molding process and its advantages in composite bipolar plate production were introduced. Subsequently, recent progress in research of carbon-based  composite  molded  bipolar  plates  was  summarized.  This  includes  resin/graphite  composite  bipolar  plates  using thermosetting resins such as phenol formaldehyde resin, epoxy resin and vinyl ester resin as the binder, and carbon black, carbon fiber 收稿日期: 2021−01−02 基金项目: 北京市科学技术委员会资助项目（Z191100004619011）；中央高校基本科研业务费资助项目（2020YJSHH22） 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期：585−593，2021 年 5 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 5: 585−593, May 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.02.001; http://cje.ustb.edu.cn