文 献 综 述

1.引言

随着人类社会的发展和科技的不断进步，节约能源和保护环境已经成为当今世界的共识，是可持续发展的战略核心。燃料电池(Fuel cell，FC)作为一种全新的电池，具有生成物清洁、产电效能高等诸多优点。燃料电池是将存储在氧化剂和还原剂中的化学能通过氧化还原反应释放出来，相当于小型发电装置。燃料电池可分为碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池和质子交换膜燃料电池五大类^[1]。其中尤以质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell， PEMFC)因具有效率高、污染物零排放、高功率密度及与高压储氢技术结合后的高能量密度等方面的优势，被汽车产业界认为是电动汽车技术的制高点。国内外多家研究所、各大汽车公司，都在开展相关工作，以期在十年之内实现燃料电池的成本降低、性能优化、使用寿命延长，并且将燃料电池进行产业化生产^[2-4]。但过于高昂的制造价格始终制约着质子交换膜燃料电池产业化的发展，双极板价格占了电池的很大一部分，最有希望从双极板这一角度实现燃料电池的低成本和产业化。双极板主要起分隔氧化剂和还原剂以及收集电流的作用。同时，它应具有均匀的流道分布，本身还必须是热的良导体。双极板主要材料是导电石墨、石墨高聚物、碳/ 碳复合材料和金属板。 传统双极板主要采用无孔石墨板，通过机械加工沟槽。其优点是低热膨胀系数，良好的热导性，高化学稳定性，和界面没有化学反应，导电性及耐腐蚀性均好。 但是由于石墨本身的脆性造成了加工的困难， 同时也限制了石墨板厚度的降低。目前釆用的石墨双极板因为制造过程中会产生一些气孔，使用前要进行堵漏处理;双极板还应该具有良好的抗蚀能力，这是由于双极板要处于质子交换膜燃料电池的腐蚀工作条件下，如果耐蚀性差会导致功率衰减严重，并且造成燃料电池的毒化。采用类金刚石膜(DLC)沉积改性双极板，既能保证双极板高的化学稳定性，导电性及耐腐蚀性，又能堵漏气孔，同时降低了摩擦系数，提高了耐磨性。

2.1 燃料电池基本原理

燃料电池由阳极、阴极和可以导电的电解质溶液构成，其工作原理与传统的电化学电池类似:燃料在阳极被氧化，氧化剂在阴极被还原，电子通过外电路从阳极流向阴极，构成电回路，产生电流，从而供给负载所需的电能。

在燃料电池的阳极，氧气变为氧离子：

2H₂ → 4H 4e^-

在阴极，在电催化作用下氧气得到电子，与溶液中电离出来的氧离子发生反应:

O₂ 4H 4e^-→ 2H₂O

燃料电池的输出电压等于阴极电位与阳极电位的差，若用导线将两极和用电器相连，用电器就会得到电能，从而正常工作，满足人们的需要^[5]。