Bipolar Plates

Bipolar plates

傳統的雙極板是以石墨作為基材，經製成平板狀後再將流場雕刻於石墨板表面。由於石墨是多孔性材質，而氫氣分子極小，很容易穿越石墨板而造成氫氣與氧氣混合的問題，因此石墨雙極板在加工流道前經過滲膠或氣密處理，將細微孔洞密封起來。此滲膠程序使得雙極板的製造成本增加，且以雕刻方式加工流場板的時間成本太高，造成以石墨為材質的雙極板無法大量生產。

以石墨雙極板組成燃料電池的另一個挑戰是無法抗振動。如欲將燃料電池應用在車輛載具上需增加雙極板的抗振能力。為克服石墨雙極板的製作及抗振問題，可採用複合材質之雙極板，即以熱塑性或熱固性樹脂與石墨粉及一些添加物為材料，以模壓方式直接將流道成型於雙極板上。此製程可同時省去流道之加工時間及增加抗振能力。複合材質之強度不高，因此雙極板需有一定厚度才有足夠強度，這也使得燃料電池的體積無法減少。

以金屬材料製作雙極板，不但可將雙極板厚度減低至0.3~1mm，其氣密、耐振的性質也增加燃料電池應用在車輛上的可行性。由於金屬雙極板可做得較薄，可以採用沖壓成型方式將流道沖壓出來。其加工完成的流場截面為波浪狀，其中一面流場的肋，則為 另一面流場之流道。因此如何設計主要進、出氣口是本研究計畫之重點之一。此外，以沖壓方式加工需考慮計算加工過程中流道幾何形狀之影響，因此本實驗室以力 學觀點分析沖壓成型時，金雙極板受到的應力，以確保不發生破裂。

利用沖壓方式製作金屬雙極板時，兩面的流場無法各自獨立設計。因為金屬板較薄，沖壓成形後，一面流場的肋即為另一面的流道，如圖所示。尤其在進出口之次流道部分，無法像傳統石墨板之流場設計，因此需採用不同於石墨雙極板之設計方式。

傳統石墨板之雙面流場可各自獨立設計