PEM製氫具有多種優良、獨特且成本高昂的方法，其中板材成本佔很大比重，本文展示了一種簡單且具有成本效益的製造方法一體式鈦基雙極板。創新的擴散焊接工藝用於將低成本的市售原材料（鈦板、膨脹金屬和無紡布）有效地連線在一起，從而降低多組分雙極板的接觸電阻左右兩邊，減少了元器件數量，從而大大簡化了堆垛組裝。 對有源電池表面接觸壓力分布的原位測試表明，接觸壓力分布呈均勻模式，數值約為375 mpa(±1.25 mpa)。實心槽組裝好100cm2有效單元面積的 PEM 堆，在2acm/2平均電池電壓tage1.71v
BPP發展目標：
新型雙極板（以下簡稱BPP）的開發側重於成本效益和高效的組裝和操作。 具體目標如下：1簡單且容錯的堆疊元件：堆疊元件應盡可能少。 對於堆疊元件本身，BPP 應由單塊材料製成。 2.替代流場結構：傳統流場結構由巨集觀通道肋結構組成，對活動區的機械壓縮和流動分布均勻性有負面影響。 BPP 應構建在支援改進壓縮分布的結構中。 3.使用低成本、以市場為導向的元件：特別是對於BPP的流場，各種型別的多孔介質，如金屬結構、金屬法蘭絨或膨脹金屬，很容易獲得，並廣泛用於許多應用。 對於流場結構的優化功能，不同型別多孔介質的組合或相同型別但孔隙率不同的多孔介質的組合是有利的。 圖1是設計的BPP的**圖，它由十個單獨的元件組成（板兩側的流道為夾層結構，每個夾層實際上由3層不同規格的膨脹金屬網組成），通過擴散焊組合成乙個單元 （BPP）。 BPP 的中間由一塊扁平鈦板組成，以確保氫氣和氧氣的完全隔離，BPP 的其他元件包括位於中心板兩側的框架和膨脹金屬網。 陽極側也包括在內Ti 毛氈以確保壓力均勻。 
圖1** 新的雙極板單元的檢視，其中所有顯示的元素將通過擴散焊接組合成乙個整體。
圖2顯示了PEM氫電池流體分配和氣體收集的設計，其中電解槽的陰極和陽極設計為有迴圈水通過它們（雖然氫氣側不消耗水，但迴圈水的引入可以更好地控制散熱）。 兩組BPP的另一側有一排孔，與罐體流體分配器集流體的歧管相互連線（歧管：連線罐內的孔和槽，起流體分配的作用），圖2左圖為板陰極側的主流方向， 進水孔位於上排孔中，出氫孔位於下排孔中。框架框架僅與通道的一部分重疊，在這種情況下，陽極側的水從左側流入，從右側流出，因此陰極和陽極設計用於橫向流動。
圖2介質分布、收集和陰陽極兩相流的方向。
所用的膨脹鈦網是基於Ti1級金屬薄片的菱形孔，幾何引數如下表所示。
圖3 膨脹金屬的幾何形狀。 左：等軸測檢視，右：沿線的橫截面。 表1BPP 測試中使用的單個膨脹金屬的幾何引數。
在下面的擴散焊接技術中，TA1基材的使用需要滿足板框的密封要求，此外，膨脹鈦網和鈦氈需要具有盡可能大的接觸面積，以最大限度地提高導電性。 鈦氈的兩面都需要開啟，以防止進出液體分布不均勻。 這些要求排除了普通的焊接或粘接方案，這些方案可能導致粘合劑或焊料堵塞網孔，常見的熔焊工藝不能提供元件的全表面連線，並且由於區域性熔化或應力區的存在而可能導致相當大的變形。 因此，擴散焊作為一種有效的方法解決了這個問題。 由於鈦對氮氣和氧氣的高親和力，必須在真空下或使用純惰性氣體在氣氛中焊接。 由於擴散焊接工藝是在真空中進行的，因此特別適用於鈦的接合。 擴散焊ZEA-1的相關裝置如圖4所示。 （注：擴散焊可以使所有接觸的鈦材料有效連線，使接觸面積最大化）。
圖4Zea-1 擴散焊機，當門開啟時。 除了加熱元件外，還可以看到與雙極板相連的底板和滑軌。
為了驗證擴散焊的可行性，將5塊鈑金鈦框架疊加在一起（如圖5所示），採用885塊以上（適用於純鈦）進行擴散焊，多片接頭洩漏率小於5*10-9 mbar l s。 壓縮量設定為 0層數1mm，壓力10MPa。
圖5擴散焊前（左）和擴散焊後（右）的五個鈑金鈦框架。
所有雙極板均能達到所需的內外密封性。 小於 10 -8 mbar L S-1 的洩漏率通過氦氣洩漏試驗確定。 金屬網和鈦氈能夠完全粘合在一起。 金屬網、鈦氈、框架之間的間隙可以在一定程度上減小，以保持膜電極元件在組裝過程中不損壞，避免膜位移。 進行了兩項測試，以量化單分量方法在接觸電阻方面的增益。 根據圖 1，第一組將雙極板的各個元件堆疊在一起，並將它們放置在兩個鍍金接觸板 （45 mm * 45 mm） 之間。 液壓機用於不斷增加元件之間的接觸壓力。 同時，通過接觸板和中間元件饋入約10A的電流，並測量電壓。 第二組只是用焊接的雙極板替換單個元件。 在 1 MPa 的接觸壓力下，單個元件的電阻為 1539 m·cm2，焊接雙極板為214 mω·cm2。在 2在 5 MPa 時，電阻為 503 m · cm2 和 128 mω·cm2。這意味著目標有源單元表面的接觸壓力為 2在 5 MPa 時，與非焊接版本相比，焊接雙極板的電阻降低了約 75%。
下面驗證100cm2 bpp，100cm2 bpp焊接通過擴散焊完成，效果如下圖所示。
圖6 100cm2 bpp的效果圖
在進行電化學電池組測試之前，進行了外部測試，以評估雙極板在有效電池區域上壓力分布的均勻性。 圖 10 顯示了測試設定和測試結果的原理圖。 可以看出，整個板材的壓力分布可以分為三個區域在活動區域，壓力主要在2在5-5 MPa之間變化時，壓力分布的整體均勻性非常高，壓力分布的特徵模式表明金屬網的結構處於微觀尺度（2-25 mm）的區域性壓力（有效區域的細條紋）。第二個領域它是有效區域和框架的交界處。 由於剛性框架和多孔材料的重疊，機械支撐不是最佳的。 這種現象導致結區壓力相對較低，低於 1 MPa 至 2 MPa。 第三個領域它是外框架區域。 在這裡，接觸壓力大多高於 10 MPa，這確保了與外部的緊密連線。
圖7原位測試壓力分布。 左：安裝示意圖;右圖：框架和有效區域上的區域性壓力。
組裝擴散焊接的BPP進行堆疊測試，該測試由5個有效單元面積為100 cm的單元組成。 （附部分基本配置：氣液分離器、導電鍍金銅螺栓、212膜MEA、TORAY 120 2層複寫紙、擴散焊接鈦氈、0..）25 mg cm2 PT 陰極、1 mg cm2 氧化銥陽極、厚度為 500 μm 的 Viton 65 邵氏 A 疊層密封板墊片）。偏振效能從 0 開始顯示3 A cm2 到最大電流，以歐姆電阻為主，傳輸損耗不顯著，說明液體輸送充分。 隨著電流密度的增加，五個電池之間的電壓偏差增加。 3 號電池稍差（在最高電流密度下高達 18 mV），整個電解槽的平均電壓為 1，在 2 A cm2 處測得71 v。
圖8PEM電解槽是一種極化效能測試。
*：氫燃料電池技術分享平台。
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