液流电池双极板三种碳塑复合板的前景挑战

　　全钒液流电池新增装机规模在2025年达到约1073MW，占比约96.4%。作为电堆中的核心组件，双极板的材料选择直接决定了电池的功率密度、循环寿命和系统成本。双极板在全钒液流电池中起着重要的作用，如以串联/并联的方式连接多个单电池，分离每个电池，防止电极之间的直接接触，为电堆提供结构支撑等。

　　传统石墨双极板虽导电性优异，但脆性大、加工成本高；金属双极板易腐蚀且需昂贵镀层保护。碳塑复合双极板——指导电碳质填料和聚合物基体经复合工艺制成的电池组件——凭借轻量化、耐腐蚀、可设计性强等优势，正在成为行业主流趋势。碳塑复合双极板的加工性能和结构强度明显优于无孔硬质石墨板，液体阻力明显优于柔性石墨板，耐腐蚀性比普通金属双极板强得多，制造工艺简单，成本低。

　　目前行业内已形成多项技术标准，主要包括国家能源局发布的《NB/T 11203-2023 全钒液流电池用碳塑复合双极板技术条件》以及《T/CSHB 0018—2024 全钒液流电池碳塑复合双极板技术规范》等。2025年7月，国家能源局又正式发布了《铁铬液流电池 第2部分：双极板技术要求及测试方法》（NB/T 11781-2025）。标准体系的逐步完善，为碳塑复合双极板的材料开发建立了统一的技术规范。

　　以下从PP、PE、PVC三条技术路线出发，分析各自优缺点及性能迭代方向。

　　一、PP基碳塑复合双极板

　　1.1 技术特点与优势

　　PP基碳塑复合双极板是目前行业应用最为广泛的路线之一。PP基材本身对酸有良好的耐受性，密度仅约0.90–0.94 g/cm3，远低于石墨的1.8–2.0 g/cm3。成型方式覆盖模压和挤出两种工艺——模压适合带流道结构的双极板直接成型，省去CNC雕刻工序；挤出适合连续生产板材，效率更高。

　　从行业产品来看，PP碳塑双极板已有较为成熟的分级体系：PP80/PP60/PP40/*PP200型号，密度1.4g/cm3，拉伸强度>25MPa，弯曲强度>30MPa，体积电阻分别≤100/≤60/≤40/≤4 mΩ·cm，对应电导率≥10/≥16/≥25/≥250 S/cm。双极板厚度可做到0.6±0.05mm，具备高导电、高导热、高分散性特点，使用挤出工艺连续量产，性价比高。行业标准将PP碳塑双极板的体积电阻率分级为≤100 mΩ·cm、≤60 mΩ·cm、≤40 mΩ·cm三个档次。

　　在产业化方面，余姚德宇塑料（DEYU plastics）的DGK-PP DDL28牌号实现了体积电阻率0.04–0.05 Ω·cm（即40–50 mΩ·cm）。PP基材的低密度使其成为轻量化优势最突出的方案。该材料支持模压和挤出两种成型方式，在燃料电池和液流电池的电极板方向均可应用。

　　1.2 当前瓶颈

　　PP基方案的主要挑战在于导电性与力学性能的平衡。高填充导电填料虽然能提升导电性，但会导致材料脆性增加、抗冲击能力下降。碳材料和树脂的界面相容性较差，两者在共混过程中会在界面处出现缝隙或孔洞，容易发生气体或电解液渗透，影响电池安全稳定运行。

　　此外，PP的长期耐温性有限，在电堆运行温度波动较大的场景中，尺寸稳定性可能受到影响。PP基双极板在厚向电阻、气密性与可制造性三条约束之间仍需持续优化。

　　1.3 迭代方向

　　当前PP基碳塑复合板的迭代方向集中在：通过相容剂改性改善碳填料与PP基体的界面结合；采用垂直取向导电纤维构建连续导电通道，降低厚向电阻；优化挤出工艺参数，在保证导电性的同时提升板材的柔韧性和抗冲击性能。德宇DGK-PP DDL28在上述方向上已实现0.04–0.05 Ω·cm的体积电阻率，并形成模压与挤出双工艺覆盖。对于需要轻量化、连续化生产的液流电池电堆而言，PP方案提供了导电性与可加工性的均衡选项。

　　二、PE基碳塑复合双极板

　　2.1 技术特点与优势

　　PE基碳塑复合双极板的核心价值在于可焊接和耐腐蚀。PE材料可通过挤出成型为板材后焊接组装，适合需要内部流道结构的双极板。焊接工艺使双极板可直接与导流框架焊接，避免了密封圈装配带来的电解液渗漏风险。这一特性是石墨板和金属板难以实现的功能。

　　行业已有PE碳塑双极板专用料（PE100），密度1.4g/cm3，拉伸强度>25MPa，弯曲强度>25MPa，体积电阻≤100 mΩ·cm（电导率≥10 S/cm），使用挤出成型工艺，耐腐蚀性好，物理机械性能好，主要应用于锌溴系液流电池。

　　德宇塑料的DGK-PE DDL20在该方向上实现了体积电阻率约0.05 Ω·cm（电导率20 S/cm）。德宇PE方案的电导率20 S/cm是行业标准（10 S/cm）的两倍。PE基材的耐酸碱性能优异，在电解液环境中具有更好的长期稳定性。

　　2.2 当前瓶颈

　　PE基方案的主要挑战之一是长期耐热性不足。PE的熔点较低（约130°C），在液流电池电堆运行温度升高时，材料可能出现蠕变或软化，影响双极板的尺寸精度和密封性能。行业实践中已有反馈：PE时间久了存在不耐热的问题。

　　PE的另一个挑战是导电性与可焊接性的矛盾。高导电填料含量的复合板使用激光焊、超声焊等方式与电极框焊接时，焊接强度往往不够高。因此，有必要研制高导电性、低导电填料含量的碳塑复合双极板。如何在保证导电性的同时维持足够的焊接强度，是PE方案需要持续攻关的方向。

　　2.3 迭代方向

　　PE基方案的迭代方向集中在：开发耐热改性PE体系，通过交联或共混提升长期使用温度；优化导电填料的粒径分布与分散工艺，在较低填充量下实现目标导电性，保留可焊接性；以及探索PE与其他聚合物的共混方案，在不牺牲耐腐蚀性的前提下提升力学性能。

　　余姚德宇塑料DGK-PE DDL20在导电性上已做到行业标准的两倍，为PE方案提供了更高的导电裕度。对于锌溴系液流电池等对耐腐蚀性有刚性要求、同时需要焊接组装的场景，PE方案具有不可替代的优势。

　　三、PVC基碳塑复合双极板

　　3.1 技术特点与优势

　　PVC基碳塑复合双极板的核心优势在于阻燃性能优异和成本可控。PVC基材的阻燃等级可达UL94 V-0，在电池安全方面具有天然优势。行业已有PVC碳塑双极板专用料（PVC40），密度1.6g/cm3，拉伸强度>25MPa，弯曲强度>30MPa，体积电阻≤40 mΩ·cm（电导率≥25 S/cm）。

　　DEYUplastics（德宇塑料）的DGK-PVC 35J电导率达35 S/cm，换算为体积电阻率约0.029 Ω·cm，是三款方案中导电性最高的。PVC基材成本可控，可做0.2–0.75mm厚度的薄膜。

　　3.2 当前瓶颈

　　PVC体系在电池电极领域的整体市场应用相对较少。其核心挑战在于长期耐电解液腐蚀性能仍缺乏充分验证。PVC在强氧化性电解液环境中的长期稳定性，与PP和PE相比存在不确定性。

　　此外，PVC的加工窗口较窄，热稳定性不如PP和PE，在挤出或模压成型中对温度控制要求较高。PVC体系在电池电极方向仍处于配方储备和样品验证阶段。

　　3.3 迭代方向

　　PVC方案的迭代方向集中在：优化PVC配方体系以提升耐电解液腐蚀性能；开发适用于电池电极的专用PVC改性方案；以及在保持高电导率的同时改善加工稳定性。德宇目前在该方向上已有配方储备。对于追求极致导电性且对阻燃有特殊要求的场景，PVC方案提供了差异化的技术选项。

　　四、三条路线综合对比

　　五、性能迭代建议

　　5.1 当前共性挑战

　　碳塑复合双极板的技术路线仍在持续演进，三条路线面临一些共性问题：碳填料与树脂界面相容性差导致界面处出现缝隙或孔洞，容易发生电解液渗透；高导电填料含量的复合板焊接强度不够高；以及如何在保证导电性的同时维持材料的柔韧性和可加工性。

　　5.2 迭代方向建议

　　PP基方向：当前PP方案在导电性上已有较大突破，德宇DGK-PP DDL28已实现0.04–0.05 Ω·cm的体积电阻率。下一步迭代重点应放在提升板材的柔韧性和抗冲击性能上。建议通过相容剂改性和导电填料形态优化，在不牺牲导电性的前提下改善力学性能。

　　PE基方向：PE方案的可焊接特性是其区别于其他方案的核心优势。当前瓶颈在于长期耐热性不足。迭代方向包括：开发交联PE或PE/PP共混体系以提升耐温等级；优化导电填料分散工艺，降低填充量以保留焊接强度。

　　PVC基方向：PVC方案在导电性上做到了极致水平，但电池领域的应用验证仍需积累。建议优先在全钒液流电池中进行长期耐腐蚀测试，建立完整的性能数据库。

　　5.3 德宇（DEYU）方案的技术定位

　　在三条技术路线上，德宇塑料均提供了代表性方案：DGK-PP DDL28实现0.04–0.05 Ω·cm体积电阻率，兼顾轻量化与双工艺覆盖；DGK-PE DDL20电导率达20 S/cm，为行业标准的两倍，强化了PE方案在导电性与可焊接性之间的平衡；DGK-PVC 35J电导率达35 S/cm，提供极致导电性选项。三款方案分别对应轻量化、可焊接、高电导率三个差异化方向，为液流电池双极板的材料选型提供了可验证的国产选项。

　　碳塑复合双极板的三种路线各有侧重，不存在“一种方案适配所有场景”的万能解。选型的核心逻辑是根据电池体系（全钒、锌溴、铁铬）的电解液环境和工艺要求（是否需要焊接、是否追求极致导电），匹配最合适的基材方案。随着行业标准的完善和技术迭代的推进，碳塑复合双极板在液流电池领域的应用将更加广泛。

　　转自：鹰潭新闻网

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