1、簡介

新能源載體用鈦板（以多孔鈦板及超薄鈦板為主）憑借高比表面積（多孔鈦孔隙率30%-40%）、極端耐蝕性（酸性環境腐蝕電流密度<0.5μA/cm²）及輕量化特性（密度4.51g/cm³），成為氫燃料電池雙極板與PEM電解槽氣體擴散層的核心材料。相較于石墨雙極板，鈦板可將燃料電池體積功率密度提升50%，且壽命延長至>10,000小時。隨著綠氫產業爆發，鈦板需突破微流道精密成形（深寬比>3）、表面導電改性（接觸電阻≤10mΩ·cm²）及氯離子耐受性三大瓶頸。

2、名義及化學成分與國際牌號對應

主力牌號為工業純鈦TA1（多孔結構）及微合金化鈦板（超薄沖壓），成分設計聚焦導電與耐蝕平衡：
表1：新能源鈦板化學成分（質量百分數%）

牌號	Ti	Fe	O	關鍵添加元素	標準依據
TA1/GR1	余量	≤0.20	≤0.18	-	ASTM B265/GB/T 3621
涂層鈦板	余量	≤0.25	≤0.15	Ru（0.08-0.14）	NACE MR0175
Ti-C復合板	余量	≤0.30	≤0.20	C（表面梯度滲入）	DOE H2@Scale

注：Ru添加提升抗硫蝕性，表面碳化處理改善導電性。

3、物理性能、機械性能與耐腐蝕性能

3.1 核心功能參數

表2：新能源鈦板關鍵性能要求

性能參數	單位	多孔鈦板（TA1）	超薄雙極板（涂層）
孔隙率	%	30-40	-
滲透率	m³/(m²·h·kPa)	3-800	-
接觸電阻	mΩ·cm²	-	≤10
腐蝕電流密度	μA/cm²	<1（pH=1-14）	<0.5（0.5M H₂SO₄）
抗壓強度	MPa	2-3	≥200
最高工作溫度	℃	300	150

3.2 特殊環境適應性

酸性介質：涂層鈦板在80℃、0.5M H₂SO₄+5ppm F⁻溶液中，腐蝕電流密度<0.5μA/cm²（為未涂層板的1/20）；

氫滲透抑制：Ru微合金化使氫擴散系數降至2.5×10⁻¹¹ m²/s，避免電解槽陰極氫脆。

4、制造工藝、工藝流程與執行標準

4.1 短流程制造工藝

工藝創新點：

多孔板燒結：控制鈦粉粒徑（10-150μm）與燒結溫度，實現孔徑0.5-50μm精密調控；

微流道成形：超薄板（0.1mm）在300℃下沖壓，流道深度提升至589.6μm（較室溫+18.7%）。

4.2 核心執行標準

應用場景	材料標準	性能測試	特殊認證
燃料電池雙極板	T/CSEA 22-2021	SAE J2578	DOE 2025目標（接觸電阻）
電解槽擴散層	GB/T 3625-2007	ISO 18191（滲透率）	NACE TM0177-A

5、與其他新能源材料的區別

表3：燃料電池雙極板材料性能對比

特性	鈦板（涂層）	石墨板	316L不銹鋼
密度(g/cm³)	4.51	1.80	7.95
接觸電阻(mΩ·cm²)	≤10	5	25
腐蝕電流(μA/cm²)	<0.5	惰性	1.5
體積功率密度	4.2 kW/L	2.8 kW/L	3.0 kW/L
成本系數	3.0	1.0	2.5
典型壽命	>20,000h	>10,000h	<5,000h

不可替代性：

PEM電解槽：多孔鈦板孔隙率30%-40%，氣體分布均勻性誤差<5%，為產氫效率核心保障；

高功率燃料電池：鈦雙極板較不銹鋼減重43%，體積功率密度提升40%。

6、核心應用場景與突破案例

6.1 氫燃料電池雙極板

豐田Mirai雙極板：0.1mm超薄鈦板沖壓微流道，表面TiN涂層使接觸電阻降至8mΩ·cm²（滿足DOE 2025目標）；

碳基復合涂層突破：梯度沉積TiC/TiN層（厚2μm），腐蝕電流密度<0.1μA/cm²（80℃酸性環境）。

6.2 PEM電解槽氣體擴散層

考克利爾競立4.5MW電解槽：多孔鈦板（孔徑10μm）作為陽極擴散層，產氫效率提升至4.8kWh/Nm³（傳統方案>5.0）；

表面催化改性：濺射Pt/Ru納米顆粒（粒徑50nm），析氧過電位降低150mV。

7、先進制造工藝進展

7.1 超薄板微流道成形

高溫沖壓技術：300℃下鈦板流道極限深度達589.6μm（室溫僅496.6μm），壁厚減薄率<15%；

激光精密刻蝕：替代沖壓，實現流道深寬比>5（用于異形流場）。

7.2 多孔板短流程燒結

真空燒結-軋制復合：寶雞盈高金屬實現300mm×800mm大板幅（厚0.8-2.8mm），孔隙率控制±2%；

梯度孔徑設計：表層孔徑0.5μm（攔截顆粒）、底層孔徑50μm（氣體擴散），壓降降低30%。

8、國內外產業化對比

維度	中國	國際領先水平
主力企業	寶雞盈高、拓泰科技	美國Giner、德國Freudenberg
薄板厚度	0.5mm（極限0.3mm）	0.1mm（豐田量產）
涂層技術	TiN涂層（接觸電阻15mΩ·cm²）	碳基復合涂層（≤10mΩ·cm²）
成本水平	多孔板：120元/片（0.8mm）	雙極板：$550/m²
認證體系	T/CSEA 22-2021	DOE H2@Scale/ISO 20700

差距分析：

國產多孔鈦板產能充足（寶雞盈高達10,000片/月），但超薄板（<0.1mm）依賴進口；

表面改性工藝落后，碳基涂層技術尚未產業化（四川釩鈦研究院中試階段）。

9、技術挑戰與前沿攻關

9.1 瓶頸問題

導電-耐蝕平衡：TiN涂層在長期運行后界面氧化，接觸電阻增至>20mΩ·cm²（1,000h）；

氯離子腐蝕：含Cl⁻環境中鈦板點蝕速率達0.1mm/a（需改用Monel 400合金）；

超壓脆裂：多孔鈦板承壓≤0.2MPa，高于0.6MPa時破損率>60%。

9.2 攻關方向

納米復合涂層：Ti₃C₂Tx MXene/石墨烯疊層，接觸電阻降至3mΩ·cm²（清華團隊試驗）；

增材制造：SLM成型多孔結構，承壓能力提升至5MPa（相對密度80%）。

10、趨勢展望

材料設計功能化：

梯度孔隙鈦板：表層0.5μm（攔截）、底層100μm（擴散），壓降降低30%；

自愈合涂層：微膠囊封裝導電聚合物，劃傷后自動修復（DARPA 2026預研）。

制造技術智能化：

AI燒結優化：多孔結構傳質-導電協同仿真（寶鋼2030規劃）；

區塊鏈溯源：海綿鈦→雙極板全流程碳足跡追蹤（寶馬氫能項目）。

循環經濟突破：退役鈦板氫化脫氧再生（回收率≥98%），助力全生命周期碳中和。

新能源鈦板正從“功能部件”升級為“效率決定件”，其核心競爭力在于多孔結構-表面功能化-極端耐蝕的三元協同。隨著復合涂層與智能成形技術突破，將成為千億級綠氫與燃料電池產業的戰略支點材料。

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