现代社会的快速发展加剧了对能源的需求，同时伴随着化石能源的消耗，环境污染问题越发突出，为了更好的解决日益增长的社会生产能源需求与化石能源大量消耗带来的环境污染之间的矛盾，清洁能源逐渐走入了人们的视野，其中氢能、太阳能、风等可再生能源是一种理想的解决方案。考虑到环境因素，以燃料电池为基础的能源发电是一种比太阳能和风能更适合的可再生能源系统。近年来，燃料电池得到了迅速的发展，并且在高、中、低功率范围都实现了商业化的应用。为了降低燃料电池的成本，研究人员致力于提升燃料电池动力系统的可靠性和发电效率。
燃料电池又称质子交换膜燃料电池，其是由一片片单电池串联组装而成的，其中，单电池由阳极板、MEA（膜电极）以及阴极板组成。作为作为质子交换膜燃料电池堆的重要组件，双极板的质量占燃料电池堆的60~80%，成本占20~40%，并且几乎占据了整个燃料电池堆的全部体积，结构如图1所示；（注：图1来源于知乎）
图1 燃料电池电堆、单电池、双极板和MEA之间的关系示意图
双极板无疑是实现燃料电池堆稳定、持续高效率工作的最重要部件，根据材料的不同，分为石墨双极板、复合材料双极板和金属双极板，其中石墨双极板应用最早。
石墨是热和电的良导体，具有较高的电导率、化学稳定性、热稳定性以及耐腐蚀、低密度等优点，用于制作双极板具有先天独特的优势，但是又因为石墨是一种多孔的脆性材料，其强度低、延展性差，难以满足双极板的气密性要求，因此在加工时，需要对石墨进行反复浸渍、碳化处理从而制造成无孔的具有良好气密性的无孔石墨双极板，制造工艺要求高，良品率低，影响燃料电池堆整体安全性。
复合材料双极板主要是通过热塑或热固性树脂料混合石墨粉/增强纤维形成预制料，并固化/石墨化后成型。
复合材料型双极板又可以分为碳基复合材料双极板和金属基复合材料双极板。
碳基复合材料双极板可以根据导电填料及树脂配比调整双极板的导电性能和机械强度，可以采用模压或注射成型工艺进行批量化生产，降低双极板制造成本，未来具有较大应用前景。
金属基复合材料双极板则通常采用金属作为分隔板，边框采用塑料、聚矾、碳酸酯减轻电池组的质量，边框与金属板之间采用导电胶粘接，以注塑与焙烧法制备的有孔薄碳板或者石墨板作为流场板。金属基复合材料双极板集合了石墨双极板和金属双极板的优点，但是由于其结构及制备工艺复杂，难以实现批量化生产，生产成本远高于碳基复合材料双极板，不适合大规模批量化发展。
为了解决安全性问题，金属双极板应运而生，与石墨双极板相比，金属双极板具有与之类似的高导电、导热能力，但金属双极板具有更好的机械强度、阻气能力和抗冲击能力，因此，金属双极板能够做到超薄，大幅提升比功率密度。一般而言，金属双极板的制备方向大体分为2种，分别为：
①通过机床将316L材质的薄钢片冲压或液压成型成燃料电池堆使用的双极板形状，然后通过表面改性技术，如PVD等技术在已冲压完成的样片上沉积GLC薄膜，完成金属双极板的制备；代表企业-Interplex等；
②通过如PVD、CVD等技术在大型金属连续线设备上先沉积出GLC薄膜，然后通过冲压技术或液压成型将已镀制完成的金属片上压制成所需的金属双极板形状；代表企业-丰田等；
由此可见，GLC薄膜性能的优劣对金属双极板性能至关重要，那何为GLC薄膜？
人们在研究碳膜过程中，发现了一种性能与金刚石薄膜极其相似的非晶态碳膜称之为类金刚石镀层。近几十年以来非晶碳薄膜因为具有成膜温度低、适宜大面积沉积，同时具有良好的透光性、良好的耐磨损性、高的化学稳定性以及优异的生物相容性等特点受到人们越来越多的关注，目前己在光学、电子、机械加工、生物材料等方面得到了广泛应用。非晶碳膜一般由石墨和金刚石微观结构的杂化键组成，因此其性能类似于石墨和金刚石。非晶碳膜因其碳杂化态和含氢量的不同有多种异构体如Ta-C、@-C:H、DLC、其性质主要是由其性质主要是由sp3/sp2比所决定。一直以来，将非晶碳膜称之为类金刚石碳膜（DLC）薄膜，但近年来研究以sp2为主的薄膜，发现其性能与sp3为主的类金刚石碳膜具有一定差异，为了与DLC薄膜区分，将其称之为类石墨（GLC）薄膜,其最为显著的特征为电阻率极低，特别适用于燃料电池电池堆。
对于想应用于燃料电池领域的GLC薄膜，根据美国能源部（DOE）的标准，双极板上镀制的薄膜需要达到以下性能，才能满足目前的社会要求：
③在pH＜4的弱酸性条件下腐蚀电阻＜1 uAcm2；
⑤对氢气和氧气的渗透率＜2×10-6cm3(cm2s)-1；
目前，国内外厂商皆致力于金属双极板的研究与开发，已有部分公司小批量生产，但距离大批量化生产，仍具有一定难度，相信在不久的将来，随着制备工艺的改进，搭载燃料电池技术的新能源汽车将随处可见。
广东汇成真空科技股份有限公司是一家以真空镀膜设备研发、生产、销售及其技术服务为主的真空应用解决方案供应商，主要产品或服务为真空镀膜设备以及配套的工艺服务支持。
经过多年技术发展和经验积累，具备了完整的真空镀膜设备研发、制造能力以及镀膜工艺开发能力，可为不同行业客户提供定制化、专业化的真空镀膜设备及其工艺解决方案，长期致力于DLC、GLC薄膜设备、柔性卷绕镀膜设备、连续线镀膜设备等方向的研究与开发，对于此类设备具有丰富的制造经验。
原文始发于微信公众号（艾邦氢科技网）：未来新能源电池的方向-GLC薄膜金属双极板
