摘要：质子交换膜(PEM)燃料电池的金属双极板在成本和加工成形方面具有优势，但是其易腐蚀的特点也影响了燃料电池的导电性和耐久性。该文从金属双极板及其涂层导电性和耐久性出发，系统总结了相关研究进展。
首先根据燃料电池的市场需求，分析了应用金属双极板的优势；对金属双极板及其涂层导电性和耐久性的典型测试方法进行了讨论，并对近期文献中出现的多种涂层进行了评价，发现除合金涂层外大部分涂层能满足美国能源部2020目标。
如图１所示，PEMFC的工作环境恶劣：高湿度、高电势、温度分布不均匀。同时，PEMFC的工作状况复杂，在实际的车辆应用中，燃料电池主要经历４种工况：启/停工况、怠速工况、高负载工况和变载工况。
工况的变化可能会导致反应气体不足，而反应气体不足和启/停工况则会带来高电势。此外，PEMFC在运行中偶尔也会发生控制故障，导致膜的干燥或水淹现象发生。研究燃料电池工作环境和工作状况下金属双极板的导电性和耐久性至关重要。
图1 PEMFC工作环境及工作状况对金属双极板的影响
本文聚焦于金属双极板及其涂层的导电性和耐久性，综述了相关研究进展。首先简要概述了近年来PEMFC电堆的产品市场，并根据燃料电池制造商的选择指出了研究金属双极板及其涂层的重要性，对涂层进行了分类。
然后，讨论了测试方法，对涂层进行了比较；接下来揭示了工作环境和工作状况对金属双极板及其涂层的导电性和耐久性有显著影响，阐述了各因素所造成的影响，最后提出了未来的研究方向。
１ 双极板的类型与涂层
双极板是PEMFC电堆的重要组件，约占整体70％的质量和30％的价格。根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高，相比之下，金属双极板强度更高，具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。
图２整理了部分国内外制造商的车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型。根据适用的车型和功率不同，可将PEMFC电堆分为高功率、中功率、低功率３类。
图2 部分车用PEMFC电堆的体积功率密度及其双极板类型
图２中的大部分电堆都可以实现美国能源部（Department of Energy，DOE）2020年的目标（2.25 kW/L，下文简称为DOE2020目标），少数不能达到目标的是较早期的产品。
