近日，寶鈦股份與國家電投成功簽訂“國家示范城市聯(lián)合申報企業(yè)合作意向書”項目及首批鈦材料采購合同，標志著寶鈦股份進入新的鈦材應(yīng)用領(lǐng)域。

該項目積極推動京津冀、湖北、浙江等地區(qū)燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)示范城市群的建設(shè)，對實現(xiàn)相關(guān)基礎(chǔ)材料、關(guān)鍵零部件研發(fā)，以及國家燃料電池汽車行業(yè)的發(fā)展提供了核心技術(shù)支持。

早在2017年，寶鈦股份就已提前布局，寶鈦研究院及相關(guān)單位成立了氫能項目組，根據(jù)國家戰(zhàn)略以及未來市場需求，開始研發(fā)氫燃料電池用鈦的技術(shù)攻關(guān)工作 。在這期間，寶鈦項目組緊緊圍繞氫燃料電池金屬雙極板性能的要求，積極主動攻堅克難、反復試驗。2019年10月，鈦金屬雙極板 在第一臺新能源氫能巴士上成功應(yīng)用，經(jīng)后期測試完全滿足前期設(shè)計要求。2020年9月27日，氫燃料電池產(chǎn)品發(fā)布會在寧波召開，寶鈦應(yīng)邀參會并迎來了新的發(fā)展機遇。

關(guān)于鈦雙極板

鈦及鈦合金 密度低、比強度高且在酸性環(huán)境中耐蝕性優(yōu)異，在氫燃料電池雙極板中具有較高的應(yīng)用價值。

雙極板作為PEMFC的重要組成部分，占電堆重量的 70% 以上，體積的 50% 左右，其成本為電池成本的 30% ～ 50% 左右。雙極板材料主要分為 3 類，分別為石墨雙極板 、復合材料雙極板 、金屬雙極板 。

其中，石墨雙極板重量輕、耐蝕性好、導電導熱性能優(yōu)異，但脆性大，流場加工成本高; 復合材料雙極板成形性能優(yōu)異、機械強度高，但導電性較差，且加工成本較高; 相比之下金屬雙極板厚度薄、導電導熱性能優(yōu)異、機械強度高且氣體隔絕性好，有利于電池比功率密度的提升，此外金屬材料加工工藝成熟，可利用沖壓、壓鑄和激光成形等方式加工高精度的復雜流場，容易實現(xiàn)極板的量化生產(chǎn)，已成為氫燃料電池的主流雙極板材料。

金屬雙極板材料一般分為不銹鋼 、鋁合金 、鈦合金 ，其中鈦在 PEMFC 環(huán)境中的耐蝕性能優(yōu)于不銹鋼和鋁合金，且其比強度高，能夠進一步降低極板的重量，提高 PEMFC 的比功率密度。 如日本豐田MIRAI燃料電池汽車選用鈦作為雙極板材料，并采用 3D 網(wǎng)狀流場結(jié)構(gòu)設(shè)計，相較于不銹鋼直流道流場雙極板，其電堆質(zhì)量功率密度和體積功率密度有了大幅提升。

當前制約氫燃料電池商業(yè)化推廣的兩個重要問題是成本 和耐久性 ，而極板材料、流場加工及極板涂層制備工藝一定程度上決定了雙極板的成本。

石墨和碳基復合材料在性能上已經(jīng)不能滿足氫燃料電池的要求，金屬材料現(xiàn)已成為氫燃料電池雙極板的主流材料。 此外，高功率一直是氫燃料電池的追求目標，金屬材料中鈦及鈦合金密度低、比強度高，在氫燃料電池中具有優(yōu)良的耐蝕性，可以明顯降低雙極板重量和體積，從而顯著提升電池的質(zhì)量比功率和體積比功率，且鈦及鈦合金在長期服役運行過程中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物對質(zhì)子交換模和催化劑的毒性較弱，有利于提升電池運行的穩(wěn)定性和耐久性。

鈦雙極板表面制備的金屬碳/氮化物和無定型碳涂層綜合性能優(yōu)越，具有較高的研究和應(yīng)用價值，然而這些涂層易出現(xiàn)針孔缺陷等，因此目前研究的主要目標是提升涂層致密性、膜基結(jié)合強度和涂層表面導電性。此外涂層還應(yīng)具有良好疏水性，以促進反應(yīng)生成水的排出。要滿足這些綜合性能，對涂層的結(jié)構(gòu)設(shè)計和組織成分提出了更高要求。

涂層結(jié)構(gòu)組織的復合化和納米化可以一定程度提升涂層致密性、耐蝕性、導電性，增強鈦極板服役穩(wěn)定性和可靠性，是今后發(fā)展的主要方向。