项目属于机械科学技术领域。“零排放、长航程”的燃料电池汽车是新能源汽车发展方向，但车用燃料电池的“高功率密度、大功率输出、长寿命运行、低成本制造”是长期制约其大规模推广的国际难题。变革燃料电池核心部件-金属双极板替代现有石墨双极板-是破解上述难题的根本途径，但金属双极板研发面临大规模并联流场均匀传质、大面积细密流道微米精度控制、酸性电化学环境下高耐蚀导电、复杂工艺流程高节拍运行等严峻技术挑战。该项目历经10余年研究，发明薄型金属双极板设计与制造新方法、新工艺和新装备。主要发明如下：1）提出 “岛群-流道”复合的大规模并联流场均匀分流原理，发明薄型金属双极板“两板三场”新构型。提出极板流场分配区岛群结构的拓扑优化方法，解决了现有叉分流道分流的过约束问题；提出错层密封的冲压单极板背对背焊合方法，发明“岛群-流道”复合的“两板三场”金属双极板，厚度比业界最薄的巴拉德石墨板降低50%以上，电堆功率密度提升了1.35倍，超过丰田水平，解决了现有电堆难以适应轿车的难题。2）揭示大面积超薄板细密流道的成形回弹及焊接变形规律，发明极板多步成形误差补偿与激光焊接变形抑制技术。建立细密流场成形及焊接的残余应力分析模型，发明基于应力积分的细密流道多步成形回弹补偿与双极板随动夹紧激光胶焊方法，流道高度偏差≤15μm，优于国际水平，实现了我国车用电堆从130节到400节跨越，研制出首个115 kW大功率电堆，功率提升了4倍，支撑了轿车能源架构从插电混合到全功率氢能的转变。3）提出“非晶碳耐蚀-石墨微晶导电”的涂层性能综合原理，发明非晶-微晶复合涂层及其磁控溅射制备技术。建立磁控溅射过程分子动力学模型，探明石墨微晶纵向生长机制，提出非晶碳沉积过程伴生石墨微晶生长的控制方法，发明石墨复合涂层、合金复合涂层及其膜层交叉覆盖的纳米孔抑制技术，指标国际领先；将我国金属极板燃料电池的寿命提升了5倍以上，首次突破5000小时（10年寿命）车载工况考核。4）发明耐蚀导电复合涂层的多腔连续磁控溅射等工艺装备，建立我国首条金属双极板批量化生产线。发明双向闭合磁靶、自适应偏压加载、腔-腔软隔离的多腔连续磁控溅射技术，研制融合多步成形-多工位焊接-多腔溅射的金属双极板生产线，效率提高8倍，成本降低80%，为我国燃料电池低成本制造奠定了基础。获授权中国发明专利37项，申请PCT专利5项，牵头和参与制订国家标准13项，发表SCI论文91篇(全球双极板主题论文数第一)，“两板三场”构型在国际上成为金属极板设计新标杆。研制出12款金属极板，支持了我国第一辆金属极板燃料电池轿车与客车、首个上汽P360型115kW车用全功率电堆；已累计制造金属极板20余万付，国内市场占有率90%以上；近三年新增利润与节支共计2.02亿元。作为唯一金属极板供应商为上汽、一汽、东风、长城等国内燃料电池汽车企业奠定了自主可控的核心技术。