全釩液流電池用雙極板材料研究進(jìn)展

梁力仁 曾義凱

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 成都 610031）

0 引言

近些年，溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣候變化，因?yàn)榭稍偕茉吹睦脤?duì)溫室氣體排放的貢獻(xiàn)微不足道而受到巨大關(guān)注。然而，可再生能源的間歇性和不可預(yù)測(cè)的行為會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的電源供應(yīng)，從而降低配電網(wǎng)的可靠性[1,2]。因此，開發(fā)一種高效可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)至關(guān)重要[3,4]，該系統(tǒng)可以存儲(chǔ)可再生能源產(chǎn)生的電能，并在需要時(shí)提供電能。在各種儲(chǔ)能系統(tǒng)中，全釩液流電池（VRFB）具有能量功率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、易于擴(kuò)展、可回收性好、活性組分零交叉污染等吸引人的特點(diǎn)，是電網(wǎng)應(yīng)用中最受歡迎的儲(chǔ)能技術(shù)之一[5,6]。過渡元素釩在自然界中具有四種氧化態(tài)（VO2+、VO2+、V3+和V2+），全釩液流電池利用這四種價(jià)態(tài)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存能量。在全釩液流電池充電過程中，陰極液中VO2+氧化為VO2+，陽(yáng)極液中V3+還原為V2+，而放電則遵循相反的氧化還原反應(yīng)。在電池中發(fā)生的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)可以用下列（1）-（3）方程式描述。

陰極：

陽(yáng)極：

總反應(yīng)：

VRFB 系統(tǒng)由兩個(gè)電解液槽（陰極液和陽(yáng)極液）、離子交換膜、多孔電極、雙極板、集流板、外部管道和泵組成。其中，VRFB 系統(tǒng)中的雙極板作為一個(gè)多功能組件，它以串聯(lián)/并聯(lián)的方式連接多個(gè)單電池，提供從kW 到多MW 的容量[7,8]，防止電極之間的直接接觸，促進(jìn)充放電過程中的充電/收集，為電堆提供結(jié)構(gòu)支持。傳統(tǒng)VRFB 電堆中的雙極板占體積、重量和成本的很大一部分。雖然雙極板在VRFB 和燃料電池中起著相似的作用。但是，VRFB 中的雙極板遇到的環(huán)境與燃料電池完全不同[9-11]。與燃料電池不同之處在于，VRFB 中的雙極板工作在高腐蝕性電解液環(huán)境中（H2SO4的最佳濃度設(shè)置為2～2.5M），電位范圍變化很大，這嚴(yán)重限制了材料選擇。VRFB 的雙極板材料在化學(xué)上需要比燃料電池的雙極板材料更穩(wěn)定。此外，雙極板必須具有高導(dǎo)電性以實(shí)現(xiàn)有效的電荷轉(zhuǎn)移，良好的機(jī)械性能以提供結(jié)構(gòu)支撐，良好的耐腐蝕性以確保電化學(xué)穩(wěn)定性，零電解液泄漏以防止電解質(zhì)混合，最重要的是，用于制造雙極板的材料必須以適當(dāng)?shù)某杀疽灾劣谀軓V泛獲得。到目前為止，對(duì)于VRFB，美國(guó)能源部（DOE）還沒有發(fā)布任何液流電池用雙極板屬性的標(biāo)準(zhǔn)。然而，DOE 已經(jīng)發(fā)布燃料電池雙極板的特性標(biāo)準(zhǔn)：包括面電導(dǎo)率（>100S?cm-1）；電阻（<0.01Ω?cm2）；耐蝕性（<1μA?cm2）；化學(xué)穩(wěn)定性（pH<4）；高熱導(dǎo)率（ >10W/(mK) ）；低氫和氧滲透率（<2×10-6cm3(cm2s)-1）、抗彎強(qiáng)度（>25MPa）和成本（$3/kW）。這對(duì)液流電池來說有一定的參考價(jià)值。全球的研究人員都在努力開發(fā)VRFB 的雙極板，期望提高其電化學(xué)穩(wěn)定性，降低成本，提高可加工性。本文從整體上回顧和討論了VRFB 在雙極板材料方面的進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)。

1 雙極板材料

在VRFB 中，高腐蝕性釩電解液的使用嚴(yán)重限制了雙極板發(fā)展的材料選擇。金屬材料由于在酸性溶液中降解嚴(yán)重，在VRFB 中沒有受到重視。因此，VRFB 中雙極板的發(fā)展材料的選擇高度傾向于碳基材料。然而，VRFB 中雙極板的材料大致分為以下三類：金屬基，石墨基，碳-聚合物復(fù)合材料。

1.1 金屬雙極板

金屬雙極板具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，良好的機(jī)械穩(wěn)定性和易切削性，即它們可以通過適當(dāng)?shù)牧鞯罌_壓到所需的形狀。然而，VRFB 在酸性水溶液中的表面腐蝕和不必要的位點(diǎn)反應(yīng)（析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER））傾向仍然是其巨大的缺點(diǎn)。金屬雙極板表面的快速腐蝕導(dǎo)致金屬離子的溶解，金屬離子極易污染釩電解液，發(fā)生寄生反應(yīng)和氣體析出，使VRFB 性能嚴(yán)重惡化。有研究人員嘗試使用防腐策略為VRFB 開發(fā)金屬雙極板。

Liu 等人[12]在一種LiCl-KCl-K2CO3熔鹽中通過電沉積的方法，開發(fā)了一種用于VRFB 的鍍有碳膜的鈦（Ti）基金屬雙極板（TPCF）。由非晶態(tài)和結(jié)晶相組成的碳膜由于Ti-O-C 梯度，故與Ti 基體具有良好的粘附性。在2M H2SO4溶液中的極化特性表明，TPCF 的Ecorr 值比裸Ti 板的Ecorr 值高969mV，表明碳膜保護(hù)了Ti 基底免受嚴(yán)重的酸性腐蝕。在VRFB 充放電過程中，直到充電電位為1.2V，碳膜都未發(fā)生氧化，其表面形貌保持完整。而當(dāng)充電電位達(dá)到1.5V 時(shí)，碳膜出現(xiàn)退化。因此，工作電位范圍仍然是一個(gè)限制因素，這表明只有當(dāng)電位差嚴(yán)格控制在1.2V 以下時(shí)，TPCF 作為雙極板才能用于VRFB。另一種金屬雙極板基于金屬基底（不銹鋼和鈦合金），表面涂有摻雜鈦、釩、鉻和鎢的類金剛石涂層（DLC）薄膜[13]。該研究發(fā)現(xiàn)在不銹鋼上涂覆摻鈦的DLC 可以顯著改變HER 的過電位，并且提高了雙極板在2M H2SO4中陽(yáng)極電位的腐蝕穩(wěn)定性。

Haan 等[14]為提高全釩氧化還原液流電池的尺寸和電化學(xué)催化性能，首次采用尺寸穩(wěn)定的薄DSA（定尺寸型陽(yáng)極）雙極板代替厚石墨。0.127mm 厚的DSA 是由Ti 基底上的納米管TiO2和一層IrOx組成，他們發(fā)現(xiàn)，制成的雙極板工作效果非常好。利用該材料，由于IrOx的催化性能，降低了充放電時(shí)的過電位和電荷轉(zhuǎn)移電阻，改善了電子或電流的轉(zhuǎn)移。此外，經(jīng)過100 次循環(huán)，證實(shí)了IrOx層在Ti 基底生長(zhǎng)的TiO2納米管結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。與石墨雙極板相比，基于DSA 雙極板的VRFB 的效率提高了3-4%，這表明這種薄DSA 雙極板不僅具有尺寸優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)VRFB 應(yīng)用具有電化學(xué)優(yōu)勢(shì)。此外，與傳統(tǒng)石墨雙極板相比，IrOx涂層的TiO2-NTs雙極板表現(xiàn)出了更高的比容量、較低的充放電過電位、更高的電壓和能量效率。然而，被IrOx包裹的TiO2-NTs 雙極板在VRFB 中探測(cè)到的存在時(shí)間并不長(zhǎng)。在40mA?cm-2充放電循環(huán)100 次后，在Ti基底上生長(zhǎng)的納米管TiO2涂層的IrOx層已經(jīng)發(fā)生降解。在雙極板上鍍膜和涂層的方式能有效防止金屬雙極板表面被電解液腐蝕，但是鍍膜涂層的穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步的研究，可以尋求一些更加穩(wěn)定的附層材料與鍍膜技術(shù)。到目前為止，文獻(xiàn)中關(guān)于VRFB 的金屬基雙極板的詳細(xì)信息如表1 所示。

表1 VRFB 金屬基雙極板的特性[12-14]Table 1 Properties of metal-based BP of the VRFB

1.2 石墨雙極板

通常情況下，由于石墨具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較低的電阻，它是VRFB 中最常用的制造雙極板的材料。值得注意的是，到目前為止開發(fā)的大多數(shù)千瓦級(jí)VRFB 堆都使用石墨作為雙極板。然而，石墨雙極板仍存在機(jī)械強(qiáng)度低、可加工性差、正極表面腐蝕、在腐蝕性釩電解質(zhì)中膨脹、界面接觸電阻大、制造成本高等問題。由于脆性行為，石墨雙極板一定會(huì)制造得更厚（4-6mm），這不必要地增加了VRFB 堆疊的重量、體積和成本。為了減少電極正側(cè)的電解液滲透和表面膨脹，石墨雙極板的制造多采用樹脂浸漬的方法，不僅降低了電導(dǎo)率，還增加了電極與雙極板之間的界面接觸電阻。另外，樹脂浸漬也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性和耗時(shí)的過程。因此，研究人員嘗試了各種方法來解決VRFB 中與石墨雙極板相關(guān)的界面接觸電阻問題。

Qian 等人[15]研制了一種新型電極-雙極板組件，并對(duì)其在釩氧化還原液流電池（VRB）中的應(yīng)用進(jìn)行了評(píng)估。它由石墨氈（電極）、膠粘導(dǎo)電層（ACL）和柔性石墨板（雙極板）三部分組成。ACL 將電極與雙極板連接到一起。通過對(duì)成本、電阻率、表面形貌、電解質(zhì)滲透和單電池性能的評(píng)估，該新型組件在VRB 中的適用性得到了證實(shí)，結(jié)果如下：（1）成本和面積電阻率分別降低到傳統(tǒng)組件的10%和40%左右；（2）相比碳塑復(fù)合雙極板的100m??cm，電導(dǎo)率提高到4.97m??cm；（3）零電解液滲透；（4）當(dāng)充放電電流密度為40mA?cm-2時(shí)，VRB 單電池的能量效率更高，達(dá)到81%，而傳統(tǒng)的能量效率為73%。ACL 提供了大量石墨氈和雙極板之間的接觸點(diǎn)，這是VRFB 系統(tǒng)中提高導(dǎo)電性、降低面積電阻率、提高電荷轉(zhuǎn)移電阻和降低過電位的主要原因。但是，連接層的穩(wěn)定性在該研究中并未被提及，ACL 的穩(wěn)定存在是該新型組件適用性的關(guān)鍵。

Jing[16]等報(bào)道了另一種集成電極-石墨雙極板組件。一種新型的三維電化學(xué)氧化還原石墨烯（ERGO）多孔凝膠材料被電沉積在柔性石墨板上，標(biāo)記為ERGO-GP。將制備的ERGO 用作釩氧化還原反應(yīng)的電極材料，研究了ERGO-GP 的電化學(xué)性能，并與傳統(tǒng)碳?xì)?石墨板（CF-GP）組件進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，與CF-GP 相比，ERGO-GP組件具有更好的電荷轉(zhuǎn)移阻力和更好的可逆性。此外，在充放電電流密度為100mA?cm-2時(shí)，VRFB與ERGO-GP 耦合的能量效率比CF-GP 提高6.2%。因此，集成電極-雙極板組件在VRFB 和其他氧化還原液流電池系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用前景。

最近，Kim 等[17]報(bào)道了用柔性石墨基超薄材料的雙極板（0.76mm）。采用連續(xù)軋制工藝在膨脹石墨基體中引入聚四氟乙烯（PTFE）添加劑制備了雙極板。聚四氟乙烯對(duì)降低膨脹石墨雙極板在強(qiáng)腐蝕性釩電解質(zhì)中的溶脹起著至關(guān)重要的作用。不含PTFE 的裸膨脹石墨雙極板表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率（41.7mΩ?cm），但在含有1.7M VO2++4.5M H2SO4的電解質(zhì)溶液中會(huì)嚴(yán)重膨脹，這使VRFB 電池在35 次充放電循環(huán)后效率降低2.3%（圖1a）。然而，在膨脹石墨雙極板中添加聚四氟乙烯（含量6%和10%）后大大抑制了其膨脹，VRFB 電池效率損失甚微（圖1b 和c）。此外，開發(fā)的雙極板表現(xiàn)出較低的面電阻和較小的歐姆損失。超薄雙極板在VRFB 中具有良好的耐蝕性、低滲透性和較強(qiáng)電化學(xué)性能。所有這些都表明，新型電極-雙極板組件是VRB 應(yīng)用的一個(gè)很有前途的選擇。使用石墨作為雙極板材料的各種kW 規(guī)模VRFB 電堆如表2所示。

圖1 不同PTFE 含量的雙極板循環(huán)后圖像[17]Fig.1 Cyclic performances of small flow cells with BPs with different PTFE contents

表2 采用不同類型石墨作為kW 級(jí)VRFB 電堆的雙極板[18-29]Table 2 Development of kW scale VRFB stacks using different types of graphite as BP

1.3 復(fù)合雙極板

如前所述，金屬雙極板在具有腐蝕性的釩電解液中表現(xiàn)出極差的化學(xué)穩(wěn)定性，而石墨雙極板則存在制造成本高、機(jī)械強(qiáng)度差、易膨脹和電解液泄漏等問題。與金屬和石墨雙極板相關(guān)的這些問題決定了需要使用替代材料，這些材料既具有金屬（機(jī)械強(qiáng)度和易切削性）的優(yōu)點(diǎn)，也具有石墨（耐腐蝕）的優(yōu)點(diǎn)。碳-聚合物復(fù)合材料具有良好的耐腐蝕性、優(yōu)異的力學(xué)性能、易成型、成本低、制作簡(jiǎn)單、流道一步成型等優(yōu)點(diǎn)，可作為金屬和石墨雙極板在VRFB 中的替代材料。碳-聚合物復(fù)合材料通常由聚合物樹脂基體（熱塑性和熱固性）與碳質(zhì)混合而成通過壓縮成型、注射成型和鑄造工藝進(jìn)行填料。具有流道的碳-聚合物復(fù)合材料雙極板可以在短時(shí)間內(nèi)、低成本地一步成型。大多數(shù)作為連續(xù)基體的聚合物都是電絕緣體，因此，通過引入導(dǎo)電碳質(zhì)填料，如石墨粉、膨脹石墨、碳纖維、炭黑、碳納米管和石墨烯，來提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性變得更加重要。碳質(zhì)填料在聚合物基體中的高度分散和均勻分布是獲得高導(dǎo)電性和良好力學(xué)性能的關(guān)鍵。石墨粉（GP）、膨脹石墨（EG）和炭黑（CB）等碳質(zhì)填料，需要它們?cè)诰酆衔镏械母吆控?fù)載來獲得適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性。另一方面，高長(zhǎng)寬比的碳質(zhì)填料如碳納米纖維（CNF）和碳納米管（CNT）由于較低的滲流閾值而表現(xiàn)出較高的團(tuán)聚傾向；因此，通過調(diào)整兩個(gè)參數(shù)，使聚合物基體內(nèi)部碳填料均勻分布對(duì)于充分發(fā)揮其獨(dú)特性能的優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。碳-聚合物復(fù)合材料雙極板在VRFB 體系中的應(yīng)用引起了廣泛的關(guān)注。人們做出了各種努力，為VRFB 系統(tǒng)生產(chǎn)高效的復(fù)合雙極板。

Lee 等人[30]為研究降低釩氧化還原液流電池的接觸電阻，利用壓縮成型技術(shù)為VRFB 開發(fā)了碳-聚合物復(fù)合雙極板。制備的復(fù)合雙極板具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性。以石墨粉和炭黑為導(dǎo)電填料，環(huán)氧樹脂為聚合物基體制備復(fù)合雙極板。由于復(fù)合石墨涂層表面硬度較低，復(fù)合石墨涂層構(gòu)成的單元電池的能量效率為86%，比傳統(tǒng)石墨涂層的能量效率提高6%。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2、圖3）可知，碳/石墨雜化復(fù)合材料雙極板比傳統(tǒng)石墨雙極板具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

圖2 碳/石墨復(fù)合材料雙極板與傳統(tǒng)石墨雙極板充放電循環(huán)結(jié)果[30]Fig.2 The Charge/discharge test result using VRFB single cell unit with the carbon/graphite hybrid composite bipolar plate comparing with the conventional graphite bipolar plate

圖3 碳/石墨復(fù)合材料雙極板與傳統(tǒng)石墨雙極板的充放電效率比較[30]Fig.3 The charge/discharge efficiencies with the carbon/graphite hybrid composite bipolar plate comparing with the conventional graphite bipolar plate

與傳統(tǒng)石墨雙極板相比，復(fù)合材料雙極板所用的聚合物基體具有高度的電絕緣性，因此，組裝的VRFB 性能更有競(jìng)爭(zhēng)力。導(dǎo)電填料在聚合物基體中的高負(fù)載對(duì)獲得具有高導(dǎo)電性的復(fù)合材料板至關(guān)重要。然而，高填料載荷降低了復(fù)合材料雙極板的機(jī)械強(qiáng)度，并容易在堆疊組裝過程中產(chǎn)生裂縫。因此，在保持填料含量較低的情況下制備導(dǎo)電復(fù)合材料雙極板對(duì)其在VRFB 中的高效作用至關(guān)重要。在這方面，Liao 等[31]利用超低含量的二元碳填料開發(fā)了導(dǎo)電碳/聚乙烯復(fù)合材料雙極板。與增加碳含量以最大化雙極板導(dǎo)電性的傳統(tǒng)方法相反，基于石墨烯的橋接效應(yīng)，開發(fā)了一種新的低碳含量設(shè)計(jì)。在單一填料體系中，石墨粉在聚合物基體中的明顯團(tuán)聚會(huì)由于導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不足而產(chǎn)生巨大的電阻。而在二元填充體系中，石墨烯片提供了石墨粒子之間的橋接機(jī)制，這在聚乙烯基體中提供了一個(gè)高導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。他們通過熱壓法將混合石墨（90%石墨粉和10%石墨烯）在聚乙烯基體中的含量從9wt%改變?yōu)?8.7wt%，制備了碳聚合物。結(jié)果表明，混合石墨含量為18.7wt%的復(fù)合材料雙極板的比表面積電阻為3.3m??cm2，抗彎強(qiáng)度為35.2MPa。研制的復(fù)合石墨雙極板與常規(guī)石墨雙極板相比，具有零釩（VO2+）滲透性和優(yōu)良的耐腐蝕性能。此外，碳/聚乙烯復(fù)合材料雙極板組裝的 VRFB 在100mA?cm-2時(shí)表現(xiàn)出85.7%的相當(dāng)高的能量效率。這給我們提升復(fù)合雙極板性能提供了一個(gè)新的思路：從導(dǎo)電機(jī)制著手，以較低的碳含量搭建較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

Caglar 等人[32]報(bào)道了用于VRFB 的聚苯硫醚（PPS）基復(fù)合材料雙極板，使用合成石墨和碳納米管分別作為主要和次要導(dǎo)電填料。采用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出和注射成型工藝制備了聚苯乙烯復(fù)合材料雙極板。在復(fù)合材料雙極板中，石墨具有高導(dǎo)電性，碳納米管提供石墨顆粒之間的橋梁，PPS 因其化學(xué)穩(wěn)定性較好而被選擇作為基體，鈦酸鹽基偶聯(lián)劑用于促進(jìn)填料的均勻分散和復(fù)合材料在過程中的流動(dòng)行為。碳納米管和偶聯(lián)劑都對(duì)復(fù)合材料的雙極板性能有顯著影響。添加2.5wt%碳納米管和3wt%偶聯(lián)劑的復(fù)合雙極板比不添加碳納米管和偶聯(lián)劑的復(fù)合雙極板的徑直平面和面內(nèi)電導(dǎo)率分別提高了14 倍和9 倍。此外，加入1.25wt%的碳納米管可使復(fù)合材料雙極板的抗彎強(qiáng)度提高15%。由于碳納米管的分散性更好，復(fù)合材料熔體流動(dòng)行為增強(qiáng)，該工藝還展示了制造更大尺寸復(fù)合材料雙極板的能力。

除石墨粉和天然鱗片外，通常由天然鱗片石墨制備的膨脹石墨（EG）由于具有高導(dǎo)電性、可塑性、機(jī)械柔韌性等吸引人的特點(diǎn)，也被用于復(fù)合材料雙極板的制備。因此，Li 等人[33]制備了不同樹脂含量的EG/酚醛樹脂復(fù)合材料，基于EG 的復(fù)合雙極板采用真空浸漬工藝和熱壓法制備并應(yīng)用于VRFB 體系中，如圖4 所示。在制作過程中，厚度為5mm，密度為0.3g?cm-3的EG 板首先用不同濃度的樹脂溶液（15%，20%，25%）通過真空浸漬的方法浸漬，然后在130℃熱壓成不同的厚度。結(jié)果表明，樹脂含量為25%的復(fù)合雙極板具有更好的機(jī)械和電化學(xué)性能。為了研究化學(xué)穩(wěn)定性，開發(fā)的雙極板在1M H2SO4溶液中進(jìn)行了測(cè)試。隨著樹脂濃度的增加，腐蝕電流呈減小趨勢(shì)。最佳腐蝕電流密度為5.4μA?cm-2。EG/酚醛復(fù)合雙極板的抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度分別為33.2MPa 和64.9MPa，透氣性為3×10-7cm3cm-2s-1，電阻率為8.9mΩ?cm。這幾個(gè)研究告訴我們復(fù)合基材料的選擇在提升雙極板性能上有著巨大的研究前景，且更傾向于多種導(dǎo)電填料混合協(xié)同作用。

Yang 等人[34]提出了一種新型的聚乙烯/碳?xì)謴?fù)合材料雙極板（MBP），具有高導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能。研究了擠壓成型MBP 的性能，并與注射成型制備的復(fù)合雙極板（EBP）進(jìn)行了比較。MBP的平均抗拉強(qiáng)度是注射成型雙極板的1.8 倍。MBP雙極板（3.13mΩ?cm）的電阻率比EBP（48.9mΩ?cm）低16 倍。此外，配置有MBP 的VRFB 有81.61%的能量效率，而EBP 在80mA?cm-2時(shí)的能源效率為80%。在EBP 中，定向?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò)較弱的碳纖維是其性能不佳的主要原因。雙極板的生產(chǎn)工藝也是一個(gè)重要的因素，尋求更好的加工方式有利于填料的混合均勻程度以至于影響到雙極板的導(dǎo)電性能、機(jī)械性能和抗腐蝕性等。

2 結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前全釩液流電池雙極板材料選擇的問題，分析了具有應(yīng)用前景的幾種材料類型。與燃料電池相比，VRFB 中的雙極板遇到了高酸性環(huán)境。因此，在酸性環(huán)境下選擇合適的具有較高電化學(xué)穩(wěn)定性的雙極板材料是非常具有挑戰(zhàn)性的。迄今為止，有三種類型的材料，包括金屬、石墨和碳/聚合物復(fù)合材料。金屬雙極板使用碳和金屬氧化物的導(dǎo)電表面涂層有一定的發(fā)展?jié)摿?，涂層可以有效防止其由于酸性腐蝕降解。石墨作為主流雙極板材料，純石墨雙極板存在許多問題，如脆性、電解液泄漏、界面接觸電阻以及VRFB 電極正側(cè)釩電解液的腐蝕。引入新型電極-石墨板組件，以及新型的石墨材料解決了很多這些問題，也是VRFB 雙極板應(yīng)用的一個(gè)很有前途的選擇。石墨基復(fù)合雙極板具有密度低、抗腐蝕性能良好等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ瑢?duì)液流電池的大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，以碳/聚合物復(fù)合雙極板為例，從物理和電化學(xué)性能方面討論了各種類型的基體、導(dǎo)電填料和加工方法。