石墨双极板上市公司

1. 简述燃料电池对石墨双极板材料有哪些结构和性能要求

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板
双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。
柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。
复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。
全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

2. 燃料电池双极板是两个单极板焊接在一起的吗

这两个应该都是电化学中应用的材料 双极板 双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。 柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。 复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。 全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。

3. 用于质子交换膜燃料电池的柔性石墨双极板

（清华大学材料科学与工程系 先进材料教育部重点实验室，北京 100083）

一、内容简介

质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell，以下简称PEMFC）能够等温地按电化学方式直接将化学能转化为电能，它不受卡诺循环限制，能量转化率高（40%～60%），并且清洁、无污染（产物主要是水），被认为是21世纪首选的高效、洁净的供电系统。双极板作为PEMFC电池堆中单电池的连接组件，主要起着隔绝电池间气体串通、分布燃料与氧化剂、支撑膜电极和串联单电池形成电子回路的作用。

目前开发的双极板材料主要有金属类和碳材料类。表面改性的金属双极板，其优点是可制成薄板（如0.1～0.5mm），并可采用冲压冲剪等机械化生产方法加工孔道与流场，有利于降低双极板成本，但金属板的腐蚀问题一直没有得到很好的解决。目前实际应用的是利用人造石墨制造的双极板，用这类材料制作的双极板导电及耐腐蚀性很好，但由于双极板对气密性的要求，制造过程中需要经过多次的树脂浸渍、碳化、石墨化以及后续的流场加工等生产工艺，因此制作程序复杂，成本很高，成为制约燃料电池应用的一个重要因素。

在实验室将天然鳞片石墨经化学或电化学处理形成可膨胀石墨，将可膨胀石墨膨化后得到蠕虫状的物质，并将膨化后的石墨“蠕虫”模压成一定密度、表面光洁度良好的板状材料——柔性石墨板生产流程见图1。由于膨化过程从鳞片石墨中基本清除了所有非天然化学成分，模压或轧制仅仅是膨胀石墨的机械结合，因此最终的柔性石墨板基本上是纯石墨，它具有天然石墨所具有的热稳定性强、导电导热性能好、耐腐蚀、不透气性能好等优点。同时，经过一次成型的柔性石墨双极板可以直接制造出表面的流场，因此，其成本大大降低。

图1 柔性石墨板生产流程图

经实验室验证，柔性石墨双极板的强度可以达到30MPa；氦渗透率为（0.4～0.9）× 10^-6μm²，电导率达到1.1×10⁵S/m，热导率达到129 W/（m·K），均优于目前使用的人造石墨双极板。

二、推广应用

经过实际测试，利用柔性石墨双极板和人造石墨双极板组装的电池，其性能基本相同，而前者的成本仅为人造石墨双极板的1/20～1/10。

三、鉴定、获奖、专利情况

2004年12月由科技部组织专家验收。

4. 天然石墨深加工技术

康飞宇¹ 贾耀峰² 沈万慈¹ 盖国胜¹ 郑永平¹ 阎德² 王恩平²

（1.清华大学材料科学与工程系；北京 100084；2.包头市晶元石墨有限责任公司，内蒙古包头 014030）

该项目是清华大学材料科学与工程系与包头市晶元石墨有限责任公司合作，经过4年的精心研究开发，在“十五”期间运用“863”课题与“十五”攻关课题相结合及产学研相结合下共同开发的技术成果。

一、内容简介

（一）优质可膨胀石墨的工业化生产技术

优质可膨胀石墨是生产优质柔性石墨的原料。该项目研制完成并试产了以对环境友好的双氧水为氧化剂，采用化学法制备优质可膨胀石墨技术。膨胀容积≥160 mL/g，膨胀后硫含量S≤800×10^-6。目前还未见有类似的技术报道，已经申请中国发明专利（专利申请号：200410090866.2《使用硫酸双氧水制造低硫可膨胀石墨的方法》）。根据此项技术，包头晶元石墨公司按攻关计划完成了年产2000 t优质可膨胀石墨生产线的改建（见P527）。

（二）多孔石墨的制备技术与产品

多孔石墨（膨胀石墨）对油类具有超高吸附量，可有效控制水体的油类污染，是清华大学具有国际领先水平的研究成果，松装的膨胀石墨对重油的吸附量≥80 g/g。研发完成了用膨胀石墨制备低密度多孔石墨板的技术及产品，已经申报发明专利（申请号：200410037978.1一种有污染吸附剂的制备及其回收再生方法）。密度0.02～0.08g/cm³的低密度板，在水 润滑油系统中，吸附物质90%以上是润滑油，吸附量≥10 g/g。并且对印染废水也有优良去除COD污染效果。已在轧钢厂含油冷却水及毛纺厂污水处理中完成使用试验。并已开发了多孔石墨用于高能电池石墨的市场，包头晶元石墨公司并据此将攻关任务书中提出的建50t/a多孔石墨中试线指标扩大建成300t/a的生产线（见P528）。

（三）高纯石墨微粉的生产技术

高纯石墨微粉是高能电池石墨及核石墨的重要原料。本项目研发了高纯石墨微粉的工业化生产技术，以碳92%～94%的中炭石墨为原料，通过熔融碱及复合酸的浸渍处理，提纯（C）到≥99.9的高纯石墨，而后以气流粉碎技术制成d₅₀＝8～20μm的微粉。研发了氮化硅陶瓷叶轮分级机，可防止金属污染，杂质中Fe小于50×10^-6，Cr小于2×10^-6，Ni小于5×10^-6，Cu小于3×10^-6，Mo小于1×10^-6。清华大学已经获得实用新型专利（ZL200420084694.3）《一种用于高纯粉体分级的氮化硅陶瓷分级叶片》，包头晶元公司申请了发明专利：申请号（200410009068.2）《高纯细粉鳞片石墨加工工艺及系统》。根据市场需求，将原攻关建300t/a生产线指标扩大，建成1500t/a高纯石墨微粉生产线。

（四）柔性石墨双极板制备技术

以包头晶元石墨公司的优质可膨胀石墨为原料，制成高膨胀倍率膨胀石墨，模型直接成型为柔性石墨双极板。电导率≥10⁵S/m，热导率≥100W/（m·K），透气率≤10^-6μm²，均优于人工不透石墨加工的双极板。在合作单位北京飞驰绿能电源技术公司的质子交换膜燃料电池实用运行100 h以上，电池性能与进口人工石墨双极板电池相同。该项技术已申请发明专利并已获授权（专利号ZL200410008461.X）《一种柔性石墨双极板的制备方法》。

二、推广应用

该项目技术成果的产业化部分，取得了明显的经济和社会效益。包头晶元公司，依靠该项目成果产业化，在2001～2003年期间产值增加55%，利税增加68%。国内高能电池厂电池用石墨微粉已由进口改为由晶元公司供货。晶元公司的高纯石墨微粉已具有国际电池石墨的一流技术指标，优质可膨胀石墨80%以上出口。晶元公司与世界最大的电池生产集团杜拉塞尔（即金霸王）以及瑞士特密高公司、法国罗兰公司、SGL跨国集团建立了良好的商务合作，市场将进一步扩大。同时晶元公司2003年2月获得包头稀土新产业开发区2002年度“高新技术产业化突出贡献奖”。

三、鉴定、获奖、专利情况

项目成果申请了4项发明专利，其中1项已授权，申请并授权1项实用新型专利，在天然石墨深加工领域取得了一批具有自主知识产权的国际领先或先进的科技成果。项目期间共发表论文20多篇，其中SCI收录8篇。

5. 简述燃料电池对石墨双极板材料有哪些结构和性能要求

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板
双极板是继mea之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。
柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。
复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。
全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

6. 跪求单极板 双极板的定义

这两个应该都是电化学中应用的材料
双极板

双极板是继MEA之后，燃料电池的另一个核心部件，由极板和流场组成。双极板应是电、热的良导体，具有良好的机械性能，很好的阻气性能，较低密度，耐腐蚀性好等特点，其性能决定了燃料电池堆体积比功率和质量比功率。新源动力公司已研制成功石墨、金属和复合材料等不同材料的双极板制备工艺，可以广泛应用到汽车、分散发电和便携电源等领域。

柔性石墨双极板采用模压成型技术，受力面强度高，密度大，轻、薄、耐腐蚀，导电性好，有效利用率高，成本低，适合批量生产，应用范围较广。

复合双极板采用薄金属板或其它强度高的导电板作为分隔板，结合了石墨板和金属板的优点，结构灵活，加工容易，成本低廉。

全金属双极板采用抗腐蚀金属材料，模具冲压成型技术，质量轻、体积小、易密封装配，电性能优良，适合批量生产，尤其适用于车载电源，可满足不同环境变化要求，其成功开发对加速燃料电池商业化进程将起到积极作用。
单级板的定义一直没找到，我是学物理专业的，也没学过，对不起了

7. 电堆价格战持续发酵，下一波将轮到哪个氢燃料电池汽车产业环节

文丨氢云链分析师

年关临近，“年底冲业绩”是许多企业的头等大事，新能源汽车产业更是每年年底都集体抢装车。

除了冲业绩，今年的燃料电池产业还增加了新的戏码——拼价格。除了示范城市群之外，电堆价格战俨然成为燃料电池行业最热闹的事。

广东国鸿在10月份将电堆价格拉到“1字头”之后不到40天，氢璞创能宣布应战，并把底价再往下拉了300块。仅仅一周时间，又一家企业公开宣布跟进电堆价格战，并且这次是上市公司亲自下场。

12月3日，在新品发布会上，雄韬旗下全资子公司氢瑞科技在发布电堆新品的同时，抛出了一个1199元/kw的最低价，给电堆价格战再添了一把火。

从三家的价格体系看，最低价格往往需要附带相当的条件。目前能够一口气下500台电堆订单的企业已经凤毛麟角，至于10000台订单更是无从谈起。

目前的“价格战”可能并不是真正的价格战，可能更多是“宣传战”。低廉的价格附带了太多的条件，甚至是不可能达成的条件。

部分业内人士将矛头直接对准了合作条件。

某电堆企业直言：“1699还可以说道说道，1199是明年甚至后年的价格，这就是在玩文字游戏，别说10000台和2000台，有几个企业能够直接下500台订单？”认为这是在玩套路，缺乏诚意。

远离战场旋涡的零配件企业显然更有幽默感，如某空压机龙头企业笑谈：“不如我们一起拼团吧！”

3、竞争压力

幽默归幽默，无论如何，电堆尤其是石墨板电堆的大幅降价，对于电堆、石墨板都产生了巨大的压力。

在上海燃料电池汽车展期间，上海某石墨双极板供应商就表示：“电堆厂这样子做，我们的压力很大。这样的价格，我们没有利润。”

在氢璞宣布应战后，在上海时还表示要“跟进”广东某电堆企业改口“跟不起，不跟了”，足以看出电堆价格战给企业施加了沉重的心理压力。

湖北的同行则十分直接的表示：“未来能活下来的电堆企业可能不会超过3家。”

MEA企业则相对轻松，某MEA产品负责人表示：“MEA环节的价格下降速度很快。如果其他环节等能够跟进，我们能够让电堆的价格再低一些！”

4、下一波价格战在哪个环节展开？

无论实际诚意如何，电堆价格快速下行的趋势已经建立，电堆平价时代即将来临。电堆占据了燃料电池系统成本的6成，电堆价格的下降，必然带动系统BOP部件的整体下降。

哪个环节会展开价格战？

某电堆总工认为，水泵、空压机、增湿器等产品价格仍处于高位的环节将随着国产化进程迅速进入平价阶段，进入价格战的红海。

笑谈“拼团”的空压机企业更是已经准备好“革自己的命”：“空压机、氢循环泵、加湿器、高压电子水泵等环节的价格战很快就开始了，我们已经在着手准备。”

End

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出品|氢云链

责编|校对：平步氢云审核：氢氢我心

来源：本文氢云链团队原创整理

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

8. 质子交换膜燃料电池的发展现状

20世纪60年代，美国首先将PEMFC用于Gemini宇航飞行。伴随着全氟磺酸型质子交换膜碳载铂催化剂等关键材料的应用和发展，80年代，PEMFC的研究取得了突破性进展，电池的性能和寿命大幅提高，电池组的体积比功率和质量比功率分别达到1000W/L、700W/kg，超过了DOE和PNGV制定的电动车指标。90年代以来，基于质子交换膜燃料电池高速进步，各种以其为动力的电动汽车相继问世，至今全球已有数百台以PEMFC为动力的汽车、潜艇、电站在国内外示范运行。表4-4-1列出了国内外开发的几种燃料电池汽车的主要性能指标，性能完全可以与内燃机相媲美。
表4-4-1 国内外开发的几种燃料电池汽车的主要性能指标 PowerMotor Power最高速度加速时间Climb里程燃料消耗ChaoYue350kW+15Ah65kW（max）122km/h 19(0~100) >20% 230km1.12kg/100kmFokus FCV 75kW 70kW（max） 128km/h 15(0~100) >20% 250km 1.76kg/100km Hydrogen 3 75kW 70kW（max） 140km/h 15(0~100) >20% 400km（liq. H2） 1.75kg/100km 由于质子交换膜燃料电池高效、环保等突出优点，引起了世界各发达国家和各大公司高度重视，并投巨资发展这一技术。美国政府将其列为对美国经济发展和国家安全至为关键的27个关键技术领域之一；加拿大政府将燃料电池产业作为国家知识经济的支柱产业之一加以发展；美国三大汽车公司（GM，Ford ,Chryster）、德国的Dajmier-Benz、日本的Toytomotor等汽车公司均投入巨资开发PEMFC汽车。
处于领先地位的加拿大Ballard公司已经开始出售商业化的各种功率系列的PEMFC装置。
在我国有中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、武汉理工大学、上海空间电源研究所、上海神力等很多单位在开展PEMFC的研究，并取得了长足进展，接近国外先进水平。就技术而言，千瓦级的PEMFC技术已基本成熟，阻碍其大规模商业化的主要原因是燃料电池的价格还远远没有达到实际应用的要求，影响燃料电池成本的两大因素是材料价格昂贵和组装工艺没有突破，例如使用贵金属铂作为催化剂；昂贵的质子交换膜及石墨双极板加工成本等，导致PEMFC成本约为汽油、柴油发动机成本（50$/kW）的10~20倍。PEMFC要作为商品进入市场，必须大幅度降低成本，这有赖于燃料电池关键材料价格的降低和性能的进一步提高。

9. 石墨层间化合物制备技术及其应用研究

康飞宇 邹麟 沈万慈 郑永平 盖国胜 任慧 顾家琳

（清华大学，材料科学与工程系，新型炭材料研究室，北京 100084）

摘要 石墨的碳原子层面间以范德华力结合，容易被外力打开而插入其他分子、原子，从而形成石墨层间化合物（GICs）。课题组通过控制GICs改性的氧化/插层过程，发明了优质低硫可膨胀石墨，膨胀容积大于160 mL/g，残硫量低于800×10^-6；发明了MCl_x-GICs（M为过渡族金属）微粉用于电磁波吸收屏蔽材料，红外、激光完全遮蔽达15 min以上；通过控制插层/脱插过程，制备了高温膨胀石墨用于吸油材料，吸附重油量大于80 g/g，清理污水效果远优于活性炭；发明了低温脱插微膨石墨用于锂离子电池负极材料，可逆容量达370 mA·h/g，循环性能良好^［1～20］。

关键词 石墨层间化合物；膨胀石墨；过程控制。

第一作者简介：康飞宇，男，工学博士，教授，主要从事天然石墨的深加工技术和多孔炭材料的研究。E-mail：[email protected]。

一、引言

天然鳞片石墨具有优异的理化特性，在各个高技术领域、工业领域均有着广泛的应用前景。但天然鳞片石墨为片状的粉料，其形态、结构及性能难以满足不同科技领域的要求。本研究利用石墨层间化合物技术，将鳞片石墨原料改性为功能性石墨材料，控制氧化/插层及插层/脱插过程，获得优质的可膨胀石墨材料、多孔石墨材料、柔性石墨双极板材料、锂离子电池负极材料、电磁波吸收材料等。

石墨是典型的层状结构，由六角网状结构的碳原子平面叠合而成，在网状平面上，碳原子间为共价键和金属性大π键结合，为强键合，原子间距仅为0.142nm，而碳原子平面间为范德华力的弱键合，层间距达0.335nm，这种结构决定了石墨层间可以插入异类原子、分子、离子而形成各类石墨层间化合物（Graphite Intercalation Coumpounds，简称GICs）。GICs中应用最多的是受主型GICs，即插入物接受碳原子层的电子。GICs是非化学计量化合物，并且碳原子层及插入层物质保留着各自的结构，因此可以认为是一种纳米级的复合材料。由于层间的电子交换，GICs出现许多特殊的理化特性，如高导电性、催化性、选择吸附性等。因此GICs处理可提供石墨改性的多重可能性。本文阐述利用GICs技术处理中控制氧化/插层过程制备优质可膨胀石墨和电磁波吸收（隐身）材料；利用GICs的插层/脱插过程控制制备多孔石墨及锂离子电池负极材料。

二、石墨层间化合物改性技术

（一） H₂O₂-H₂SO₄共插层技术：合成低硫可膨胀石墨

受主型GICs的形成是一个氧化-插层过程，首先是［O］（及其他氧化性物质）与石墨层的π电子作用，发生氧化，使层间距加大，引导插入剂进入石墨层间，实现插层。氧化过程是受主型GICs形成的一个控制环节，当插层剂本身氧化性不够时，插层反应十分缓慢甚至不能进行，此时为了保证GICs的形成，就要依靠附加的化学氧化剂或电化学阳极氧化来实现插层反应。

GICs材料目前在工业上应用量最大的是可膨胀石墨，它是制备柔性石墨及多孔石墨的主要原料。可膨胀石墨是以GICs的插层剂在高温快速加热时气化，使石墨GICs中产生巨大内压从而使石墨颗粒层间胀开，在C轴方向膨胀几十至几百倍而得到的产品。绝大多数GICs都具有可膨胀性，但综合考虑，采用硫酸插层的H₂SO₄-GICs用作可膨胀石墨最经济，所以工程上也称酸化石墨。

硫酸插层的可膨胀石墨的重要质量指标之一是其残硫含量，硫是有害元素，会影响到柔性石墨等后续产品的质量。决定残硫含量的是硫酸氧化-插层过程及插入量。普通可膨胀石墨900～1000℃膨胀后，残硫含量1300×10^-6～2000×10^-6。技术关键是降硫。根据GICs理论，一是利用氧化剂的共插层作用，减少H₂SO₄的插入，二是设计降低挥发分即残留插层的H₂SO₄量的方法来降硫。实际上氧化剂本身也是一种插层剂，与H₂SO₄是共同插入的关系，氧化性越强，共插入过程越强。氧化剂的强弱可由氧化剂的标准电极电位进行判定，如表1所示。

图5 多孔石墨吸油能力

多孔石墨由于其疏水亲油特性及多孔结构，对油类及大分子有机物质有超大吸附量，分散态多孔石墨在水中吸附重油量大于80 g/g，是其他吸油材料所不能及的（图5）。应用本研究的插层/脱插控制技术制备的多孔石墨低密度板，在包钢带钢厂冷却水池除油及清河毛纺厂印染废水脱除COD的工程应用实验中，其去污效果远好于活性炭。多孔石墨作为水体污染治理的一种材料，有良好的前景。该项技术已经申报发明专利《一种油污染吸附剂的制备及其回收再生方法》（申请号200410037978.1）。同时利用多孔石墨微粉对电解质的良好浸润能力，将其用作高能碱性电池的正极新型导电添加剂，替代日本进口产品，目前已经产业化。

参考文献

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An Investigation into Modification Technologies of Graphite Intercalation Compounds and Their Applications

Kang Feiyu，Zou Lin，Shen Wanci，Zheng Yongping，Gai Guosheng，Ren Hui，Gu Jialin

（The Laboratory of New Carbon Materials，Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Abstract：Graphite with layers structure is easy to form graphite intercalation compounds（GICs） by means of intercalation reactions e to the weak cohesion force among carbon layers integrated with the Van der Waal’s interactions.By controlling the oxidation-intercalation process，high quality expanded graphite with low resial sulfur content and MClx-GICs（M ＝Fe，Co，Ni，Cu，Zn） powder for electromagnetic wave absorbing and shielding materials have been invented.The expansion volume of expandable graphite can be larger than 160 ml/g while the resial sulfur content is less than 800ppm.The MClx-GICs powder can shield infrared ray and laser completely in a ration of up to 15 min.The high temperature expanded graphite for heavy oil sorption and mild-expansion exfoliated graphite for anode materials in lithium ion battery by controlling the intercalation/de-intercalation process have been also invented.The expanded graphite can absorb heavy oil up to 80 g/g，it also exhibits better performance than commercial active carbon in sewage treatment.The low temperature mildexpansion exfoliated graphite as anode material shows a high reversible capacity of 370 mAh/g and a good recycling performance.

Key words：graphite intercalation compounds，expanded graphite，process control.