随着波动性电源在能源结构中占比持续攀升，电力系统对长时调节型储能的需求日益迫切。在众多储能技术中，液流电池凭借其本质安全性、功率-能量解耦特性及超长寿命，成为支撑新型电力系统的核心选项之一。其核心组件——电堆的性能直接决定系统效率，而双极板作为电堆的关键传导与支撑结构，需同时满足四大功能：

1. 导电互联：串联相邻单电池并导通电流2. 流体阻隔：防止正负极电解液互混3. 机械支撑：维持电堆结构稳定性4. 流道载体：优化电解液分布与传质效率

当前主流研究方向聚焦四类材料体系：

一、石墨基双极板：导电优势与脆性困境

技术特点– 导电性＞100 S/cm，化学稳定性优异– 可通过机械雕刻形成精密流道– 密度低（约1.8 g/cm³）降低系统重量

核心挑战1. 加工破损率＞15%（脆性断裂）2. 孔隙率＞5%导致电解液渗漏3. 运行中碳腐蚀引发电压效率年衰减＞2%4. 酸性环境颗粒解离致流道堵塞

突破方向：纳米碳化硅增韧、树脂浸渍封孔

二、金属基双极板：工艺优势与腐蚀瓶颈

技术优势– 冲压成型实现0.5-1mm超薄极板– 机械强度＞200 MPa– 导热系数＞15 W/(m·K)

致命缺陷1. 强酸环境腐蚀速率达0.1mm/年2. 金属离子污染致容量衰减＞30%3. 镀层（如Ag/CrN）循环后剥落

创新方案：梯度复合镀层（金属/碳基）、耐蚀合金开发

三、复合双极板：性能平衡的技术博弈

材料体系构成– 导电相：片状石墨（80%）、碳纳米管（3-5%）、炭黑– 基体相：PVDF/聚苯硫醚等工程塑料

性能平衡难题– 导电填料＞80% → 导电性↑ 但韧性↓40%– 树脂＞20% → 弯曲强度＞50MPa 但导电性↓30%– 纳米填料分散工艺复杂（需偶联剂处理）

典型案例1. 石墨+纳米炭黑体系：导电率＞110 S/cm，耐腐蚀性提升3倍2. 碳纤维/PVDF骨架：面电阻降低40%，电解液渗透率＜0.1mL/h

四、一体化电极-双极板：接触电阻的终极解法

技术原理通过导电粘结层（碳粉/树脂复合物）将电极与极板热压键合，消除传统机械接触界面。

核心优势– 接触电阻降至200 mΩ·cm²（降幅＞60%）– 能量效率提升至84%以上– 彻底阻断电解液界面渗透

产业化障碍– 热压工艺成本增加30%– 电极/极板热膨胀系数差异＞5×10⁻⁶/K– 维修时不可拆分

五、超声波喷涂技术：精密制造新路径

该技术利用高频振动（20-100kHz）将浆料雾化为5-50μm液滴，通过载气定向喷射至基材。在双极板制造中展现三大突破：

技术优势1. 涂层均匀性：厚度波动±3%（传统喷涂±15%）2. 材料利用率：＞95%（传统工艺60-70%）3. 三维适应性：曲面极板覆盖完整度＞99%

具体应用– 金属板防护：沉积5-20μm纳米碳化硅防腐层– 复合材料制造：实现导电填料梯度分布（表层导电率提升50%）– 一体化界面：构建20μm级精准粘结层

技术路线与产业突围

材料成熟度对比– 石墨基：工业化程度较高，需解决脆性问题– 金属基：实验室阶段，腐蚀防护是关键– 聚合物复合：示范应用阶段，导电率待提升– 一体化设计：小试阶段，成本制约产业化

三大攻关方向1. 材料设计：建立导电/强度/耐蚀多目标优化模型2. 制造革新：开发卷对卷式超声喷涂-热压连续产线3. 寿命预测：构建极板全周期性能衰减算法

超声波精密喷涂制造与新型碳材料的结合，正推动双极板技术跨越从“实验室优化”到“产线智造”的临界点。这场材料与工艺的协同进化，将决定长时储能系统能否突破成本枷锁，成为新型电力系统的核心调节枢纽。

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