燃料电池堆作为氢能利用的核心装置，其性能与寿命直接取决于核心组件的可靠性，而双极板作为“电流传导通道、反应气体分配载体、水热管理核心”的多功能集成部件，面临着“高导电需求”与“强腐蚀工况”的双重技术瓶颈。在燃料电池运行过程中，双极板需长期处于0.5-1.0V的电解电压、pH值2-4的酸性环境，同时要实现电子的高效传导，传统双极板材料始终难以平衡导电性能与耐腐蚀性能：石墨双极板虽耐腐但导电性有限、脆性大且加工难度高；金属双极板导电性优异却易被酸性电解液腐蚀，依赖的贵金属涂层不仅成本高昂，还存在脱落失效风险。热塑复材双极板凭借“热塑性基体+导电填料”的复合体系创新，结合精准的界面调控与工艺优化，成功突破导电与耐腐的性能平衡难题，实现了“低面电阻、高耐蚀性、长寿命”的协同提升，为燃料电池堆的规模化应用扫清了关键技术障碍。
燃料电池堆双极板的核心技术瓶颈，本质是导电性能、耐腐蚀性能与结构稳定性的三维矛盾。从导电需求来看，双极板需为反应生成的电子提供低阻传导路径，面电阻需控制在10-30mΩ·cm²以内，否则会导致堆内欧姆损耗增大，大幅降低燃料电池的功率密度与能量转换效率；从腐蚀工况来看，燃料电池运行时产生的H⁺、F⁻等酸性离子，会对双极板表面产生强烈的电化学腐蚀与化学腐蚀，腐蚀产物不仅会破坏导电通道，还可能扩散至膜电极造成污染，导致电池性能快速衰减；从结构稳定性来看，双极板需承受堆内装配压力与运行过程中的温度波动，同时要与密封件形成可靠密封，避免气体泄漏，这就要求材料兼具足够的力学强度与尺寸稳定性。传统解决方案中，石墨双极板通过高石墨含量保障耐腐性，但石墨本身的层状结构导致导电性各向异性，且脆性大易在装配或振动中开裂；金属双极板（不锈钢、钛合金等）虽导电优异，但腐蚀问题难以根治，TiN、CrN等涂层的制备工艺复杂，成本占比超30%，且长期运行中涂层易因应力疲劳或电化学腐蚀出现针孔、脱落，一旦涂层失效，金属基材会快速腐蚀，导致双极板寿命不足5000小时，远低于燃料电池堆10000-20000小时的服役要求。
热塑复材双极板突破导电耐腐瓶颈的核心，在于构建“高效导电网络+稳定耐腐基体+强界面结合”的三维材料体系。在导电网络构建上，采用“多尺度导电填料协同掺杂”策略，破解单一填料难以兼顾导电效率与分散性的难题。以PP、PA、PPS等热塑性树脂为基体，引入鳞片石墨、炭黑、碳纤维、碳纳米管（CNT）等多尺度导电填料：鳞片石墨作为主导电填料，通过层状堆叠形成连续导电通路，其添加量控制在50%-70%（质量分数），可大幅降低材料体积电阻；炭黑作为辅助导电填料，填充鳞片石墨之间的间隙，优化导电网络的连续性；碳纳米管或石墨烯则作为导电增强填料，仅需添加1%-3%即可构建跨尺度导电桥梁，显著提升导电效率，同时改善材料的力学性能。通过该协同掺杂策略，热塑复材双极板的面电阻可稳定控制在15mΩ·cm²以内，部分高性能配方甚至可低至8-10mΩ·cm²，远超石墨双极板，接近金属双极板的导电水平。
在耐腐性能强化上，热塑复材双极板依托热塑性基体的固有耐腐特性与界面调控技术，实现对酸性环境的长效抵御。选用的PP、PA、PPS、PVDF等热塑性树脂本身具备优异的化学稳定性，在酸性电解液中不会发生水解或氧化反应，从基体层面阻断了腐蚀路径；针对填料与基体的界面结合问题，通过添加硅烷偶联剂、马来酸酐接枝改性剂等界面相容剂，提升导电填料与树脂基体的结合强度，避免腐蚀介质渗透至界面形成缝隙腐蚀，确保导电网络在腐蚀环境中的稳定性。尤为关键的是，热塑复材双极板无需像金属双极板那样依赖贵金属涂层，从根源上消除了涂层失效的腐蚀风险。通过浸泡试验验证，PPS基热塑复材双极板在80℃、0.5mol/L H₂SO₄+0.05mol/L HF的模拟燃料电池腐蚀环境中浸泡1000小时后，面电阻增长率仅为5%-8%，表面无明显腐蚀痕迹；而未涂层不锈钢双极板在相同条件下浸泡200小时后即出现明显锈蚀，面电阻增长超200%，涂层不锈钢双极板浸泡800小时后也出现涂层脱落与基材腐蚀现象。
工艺优化是热塑复材双极板实现导电与耐腐性能精准落地的关键支撑，通过“成型工艺一体化+参数精准调控”，确保导电网络的连续性与材料结构的致密性。在成型工艺选择上，采用注塑、模压、连续纤维增强热塑性（CFRTP）一体成型等工艺，实现双极板流道、密封槽等复杂结构的一次成型，避免了传统加工方式带来的结构缺陷与导电通路破坏。其中，注塑成型工艺通过精准控制注射压力（80-120MPa）、熔体温度（200-300℃）与模具温度（40-80℃），确保导电填料在基体中均匀分散，形成连续的导电网络；模压成型工艺则通过优化加压压力（15-30MPa）与固化温度（160-220℃），提升材料的致密度，减少孔隙率，避免腐蚀介质通过孔隙渗透，同时增强界面结合强度。针对连续纤维增强热塑复材双极板，采用“纤维定向铺放+热压复合”工艺，使纤维沿电流传导方向定向排列，进一步降低导电阻力，同时提升材料的力学强度与尺寸稳定性，确保双极板在堆内压力与温度波动下不会发生变形，保障密封可靠性。
为进一步提升导电与耐腐性能的协同效果，行业还开发了“表面导电改性+芯层耐腐强化”的多层复合结构。双极板表层采用高导电填料含量（70%-75%）的复合体系，确保表面接触电阻最小化；芯层采用高耐腐树脂与适量导电填料的复合体系，在保障基本导电性能的同时，强化结构强度与耐腐性；表层与芯层通过共注射或热压复合实现紧密结合，形成“高导电表层+高耐腐芯层”的功能梯度结构。该结构既解决了单一结构中导电填料过高导致力学性能下降的问题，又进一步提升了耐腐性能，经测试，多层复合结构热塑复材双极板的面电阻可控制在12mΩ·cm²以内，在模拟腐蚀环境中浸泡2000小时后面电阻增长率仍低于10%，力学强度保留率超90%，完全满足燃料电池堆长期服役的要求。
热塑复材双极板的导电耐腐技术突破，已通过大量性能验证与应用示范得到充分印证，其综合性能优势显著超越传统双极板。在性能测试中，PP/石墨/碳纳米管复合双极板的面电阻为14.2mΩ·cm²，拉伸强度为45MPa，在80℃酸性腐蚀环境中浸泡1500小时后，面电阻增长至15.5mΩ·cm²，性能衰减仅9.1%；PPS/鳞片石墨/碳纤维复合双极板的面电阻低至9.8mΩ·cm²，弯曲强度达62MPa，浸泡2000小时后性能衰减不足8%，使用寿命可突破20000小时，远超金属双极板与石墨双极板。在应用示范方面，国内企业已将热塑复材双极板应用于20kW车用燃料电池堆与100kW固定式燃料电池系统，堆功率密度提升至3kW/L以上，连续运行5000小时后性能衰减仅12%，而采用传统金属双极板的同规格燃料电池堆，相同运行时间内性能衰减达25%以上。此外，热塑复材双极板的轻量化优势（密度1.5-1.8g/cm³，较不锈钢减重70%）还进一步提升了燃料电池堆的功率密度，降低了系统集成成本。
当前，热塑复材双极板在导电耐腐性能突破的基础上，正朝着“高性能化、低成本化、功能集成化”方向发展。在高性能化方面，通过引入石墨烯、碳纳米管等新型导电填料，进一步优化导电网络，目标将面电阻控制在8mΩ·cm²以内，同时提升耐腐性能，适应更高温度、更高湿度的极端运行工况；在低成本化方面，通过国产大丝束碳纤维、生物基热塑性树脂的应用，以及规模化成型工艺的推广，降低原材料与制造成本，推动热塑复材双极板成本降至5美元/kW以下；在功能集成化方面，开发集成温度传感、压力传感、水含量监测的智能双极板，通过在复合材料中嵌入微型传感器，实时监测堆内运行状态，为燃料电池堆的精准控制与运维提供支撑。
热塑复材双极板通过材料体系的协同创新与工艺的精准优化，成功突破了燃料电池堆双极板的导电与耐腐技术瓶颈，实现了“高导电、强耐腐、长寿命、轻量化”的多重性能协同，不仅解决了传统双极板的性能短板，还大幅降低了燃料电池堆的成本与重量，为氢能产业的规模化发展提供了关键技术支撑。随着技术的持续成熟与产业链的不断完善，热塑复材双极板将成为燃料电池堆的主流核心组件，推动燃料电池在车用、船用、固定式发电等多领域的广泛应用，助力实现“双碳”目标下的能源结构转型。
