新能源汽车发展“卡脖子”问题的关键——燃料电池双极板的研究

新能源汽车是目前汽车发展的方向之一，各大车企或企业都纷纷推出了新能源商用汽车。相对于传统燃油车使用内燃机作为主要驱动，大部分新能源汽车选择对环境友好的质子交换燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) 。因为燃料电池是通过氢气和氧气的化学反应来发电的装置，工作时不会排放温室气体等副物产物。

尽管新能源汽车的优点很明显，但燃料电池的使用寿命一直是车企亟需攻克的难题，其关键是燃料电池双极板的性能，被认为是新能源汽车发展“卡脖子”问题。双极板作为质子交换膜燃料电池的主要组成部分之一，主要作用是传输燃料气体和空气并导电。因此研究人员一直致力于开发各种材料和表面处理来提升双极板的性能，从而提高燃料电池的寿命。基于此背景，HORIBA以材料结构及化学组成为切入点，近期使用了辉光放电光谱仪（GD-OES）和拉曼光谱，对商用车内未知组成信息的燃料电池双极板进行了检测鉴定。

质子交换膜燃料电池的结构 

于分析的双极板

(b)将双极板边缘区域切成小片进行GD-OES分析

 01  首先，研究人员需要采用辉光放电光谱仪确定双极板的组成材料。辉光放电光谱仪(GlowDischarge Optical EmissionSpectrometer，GD-OES)适用于燃料电池双极板的元素分析，它能快速确定物体的组成。在本轮检测过程中，研究人员使用了 GD-Profiler2TM辉光放电光谱仪，该仪器可同时快速分析所有的镀层元素，通过 GD-Profiler2TM 辉光放电光谱仪的分析，研究人员发现双极板是由碳涂层和钛基板组成。

(a)HORIBA GD-Profiler2TM辉光放电光谱仪

(b)样品装载在大象鼻（专用阳极）

GD-Profiler2TM分析双极板的元素深度分布图

 02   接下来，为了进一步确定双极板中碳涂层的化学结构，研究人员还需要采用拉曼光谱进行分析。拉曼光谱可用于分析鉴定材料的有序和无序晶体结构，特别适用于双极板分析中碳涂层的表征。在此轮检测过程中，研究人员使用 LabRAM Evolution 共聚焦拉曼光谱仪对双极板的化学结构和结晶度进行了无损分析，确定了双极板上碳涂层是非晶态形式。

HORIBA LabRAM Evolution 共聚焦拉曼光谱仪

（a）在双极板碳涂层上获得的拉曼光谱

（b）测量区域的光学图像

03  通过GD-Profiler2TM 辉光放电光谱仪 和 LabRAM Evolution 共聚焦拉曼光谱仪的共同分析，研究人员确认这块车上拆解的双极板是由无定形碳涂层覆盖的钛金属板组成，同时认为钛金属板上的非晶碳镀层可改善金属双极板的导电性和耐蚀性，有利于提高燃料电池的使用寿命，并且可以降低新能源汽车制造成本，是破解新能源汽车发展“卡脖子”问题的办法之一。

 04  以上是关于燃料电池双极板材料分析的基本情况，如果您想了解更多关于 GD-OES 和拉曼光谱对燃料电池双极板的检测过程，请扫描下方二维码，获取完整分析报告。