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双极板材料四探针电阻率测试仪质子交换膜燃料电池双极板的功能及性能要求，综述了树脂/石墨双极板复合材料的性能研究进展及双极板的主要成型方法——注射成型与模压成型，并对这两种成型方法进行了比较。指出在双极板成型中，模压成型既可兼顾成分和性能又可保证成型工艺的要求，可以考虑将模压成型作为双极板批量生产的主要成型方法。
关键词 质子交换膜燃料电池 双极板 复合材料 成型方法
能源科技的发展包括改善能源结构，提高能源效率，大力发展清洁、低碳能源，强化能源节约，提高能源利用效率，减少环境污染。
燃料电池是一种不同于常规意义上的直接将化学能转化为电能的发电装置，不受卡诺循环的限制，能量转化率高、环境友好，引起了世界范围内科学家的关注，无疑成为未来能源发展的重要研究对象。
此同时，尽快地实现双极板低成本批量生产，也能大力推进双极板的市场化，因此，双极板的生产工艺也是亟待解决的问题。
双极板材料四探针电阻率测试仪
树脂/石墨复合材料双极板性能研究
树脂/石墨复合材料双极板的电导率较纯石墨板低得多，但其潜在的应用前景还是吸引了国内外研究者的强烈兴趣。
其采用的基体材料涉及天然石墨、人造石墨、膨胀石墨等，粘接材料涉及酚醛、环氧、聚苯硫醚、氟、乙烯基等各种树脂，增强材料涉及碳纤维、碳纳米管等，导电填料则涉及导电炭黑、金属粉等。自2002年以来，这类材料成为越来越多的材料和燃料电池研究者所关注的焦点，并已取得了可喜的进展。
从目前发表的研究结果来看，酚醛树脂以其较高的机械强度、耐热、低毒、价廉等独特的优势被广泛地用作树脂/石墨复合材料中的粘结剂。
阴强等用干粉模压法制备酚醛树脂/石墨复合材料，当酚醛树脂含量为15%（质量分数），压制温度为240℃，压制时间为60min，压力为30MPa，石墨粒径为105~150μm时，复合材料的电导率和弯曲强度分别可以达到142S/cm、61.6MPa。
另外，该课题组首次采用Fenton/UV方式对碳纳米管进行表面处理，制备了碳纳米管增强的酚醛树脂/石墨复合材料，并且指出当碳纳米管含量为5%（质量分数）时，复合材料的性能达到最佳值，相比增强前复合材料的电导率和弯曲强度分别提高了36.0%和14.1%。
Wang W等采用模压成型方法制备的磨碎碳纤维增强酚醛树脂/石墨复合材料的电导率和弯曲强度高达208.12S/cm、57.44MPa，其中磨碎碳纤维经过450℃空气氧化处理。Mathur R B等研究了不同的碳填充料（天然石墨、人造石墨、炭黑、碳纤维）对酚醛树脂/石墨复合材料双极板性能的影响。
研究表明，以天然石墨为基体材料，加入其他碳填充料可弥补天然石墨低硬度、与树脂润湿性差的缺陷，对复合材料的力学性能与导电性能有一定程度的改善。Dhakate S R等研究了不同尺寸的膨胀石墨对酚醛树脂/膨胀石墨复合材料双极板性能的影响，4种不同尺寸的膨胀石墨分别由粒径为30μm、50μm、150μm和300μm的人造石墨加工所得。
实验将不同粒径的石墨混合在一起，避免了单一尺寸的石墨带来的在力学性能或是导电性能上的不足。小尺寸石墨占10%（质量分数）时，复合材料的导电性能有较大提高，而力学性能变化不大。经实验验证，膨胀石墨基复合材料双极板较高的功率密度、好的气密性以及吸水率均能达到PEMFC应用标准。
环氧树脂也是一种具有优异的粘接、防腐蚀、成型性和热稳定性能的树脂，在树脂/石墨复合材料双极板的研究中广泛使用。研究了磨碎碳纤维增强环氧树脂/石墨复合材料，研究结果表明，采用250℃、2h氧化处理的碳纤维的含量为7%时，所得环氧树脂/石墨复合材料性能最佳，此时其弯曲强度为59.99MPa，电导率为203.72S/cm。环氧树脂/膨胀石墨/炭黑复合材料，研究结果表明，垂直于压力方向和平行于压力方向的电导率分别为200~500S/cm和70S/cm。环氧树脂/天然石墨复合材料，指出当树脂含量为15%（质量分数）、模压温度为180℃、模压压力为200MPa、石墨粒径为200目时，所得环氧树脂/石墨复合材料性能最佳，此时弯曲强度为38MPa，电导率为120S/cm。
聚苯硫醚具有机械强度高、耐高温、耐腐蚀、热稳定性好、加工成型好、电性能优良等优点，因此人们也尝试将其应用于树脂/石墨复合材料双极板的研究中。以聚苯硫醚为粘结剂，石墨为导电填料制备了聚苯硫醚/石墨复合材料，分别研究了树脂含量、模压温度、模压时间对复合材料弯曲强度和电导率的影响。
实验得出，当树脂含量为20%、模压温度为380℃、模压时间为30min时，复合材料的电导率和弯曲强度分别为118.9S/cm和52.4MPa；当树脂含量为20%、模压温度为390℃、模压时间为30min时，复合材料的电导率和弯曲强度分别为105S/cm和55.7MPa。
在其他的树脂/石墨复合材料双极板的研究中，采用模压成型制备了碳纳米管/聚丙烯纳米复合材料双极板，研究了聚丙烯结晶度对碳纳米管分散的影响。结果表明，低结晶度的聚丙烯对碳纳米管的分散性最好，并且相应的双极板的导电性、力学性能、热稳定性较好。
制备了苯并噁嗪/石墨复合材料双极板，分别研究了人造石墨、天然石墨、膨胀石墨复合材料双极板的性能，并与粘结剂为酚醛树脂时的双极板性能做了比较，结果表明，3种石墨以苯并噁嗪为粘结剂时，双极板的气密性、力学性能较好，电导率较高，主要是因为苯并噁嗪固化时无副产物，熔化时粘度低、流动性较好。
树脂/石墨复合材料双极板制备工艺
利用树脂/石墨复合材料制作双极板可通过模压或注射工艺成型，流场可被一次成型，适合大规模生产，可降低双极板的生产成本。
注射成型
注射成型是低成本、大批量生产塑料制品的极好的加工方法，同时也是开发高技术产品不可或缺的加工技术。注射成型复合材料双极板是将特定比例的导电填料与树脂混合料从注塑机的料斗关入机筒内，被加热融化后的混合料通过柱塞加压经由喷嘴注入闭合模具内，经冷却定型后，脱模得到制品。
导电基体可以为石墨、不锈钢合金纤维，为了进一步提高双极板的综合性能，可以添加炭黑、碳纤维、碳纳米管等填料。其主要优点是成型周期短、生产效率高、成本低。缺点是注射成型时需要的树脂量较多，虽然提高了双极板的力学性能，但是双极板的电性能受到很大影响，会降低双极板的市场影响力。尽管如此，由于注射成型技术的优越性，人们还是期望用这种方法成型出高性价比的双极板。
用注射成型机一步成型双极板，生产了电导率介于5~150S/cm的树脂/石墨复合双极板，同时建立了一条注射成型双极板生产线。研究指出，要生产特定性能的复合材料双极板，需要对注射成型生产过程进行优化，其中包括对关键生产步骤的确定和对工艺参数的调整。
用注射成型机分别生产了聚丙烯/石墨和酚醛树脂/石墨复合材料双极板。研究结果表明，若将德国西格里碳素技提出的模具模块化设计概念应用到生产聚丙烯/石墨复合双极板中，则生产1000块小批量的双极板就可以抵消制作模具的成本。若年产量达100000块以上，则可以达到固定电源要求的100Ω/kW的目标成本。对于利用注射成型生产的酚醛树脂/石墨复合材料双极板，电导率有所提高，热稳定性为100℃以上。
采用注射成型方法制备了聚丙烯/石墨复合材料双极板，并研究了石墨粒径及尺寸对复合材料双极板弯曲强度和导电性能的影响。研究结果表明，由3种尺寸（40μm、100μm、150μm）的石墨颗粒得到的复合材料的电导率最高为9.13S/cm，硬度为34.3HV；由单一尺寸（150μm）的石墨颗粒得到的复合材料的电导率最高为49.2S/cm；由单一尺寸（100μm）的石墨颗粒得到的复合材料的硬度为47.2HV。
