[發明專利]一種質子交換膜燃料電池組鋁合金端板的表面處理方法

有效

• 申請號: 200610134024.1
• 申請日: 2006-10-25
• 公開（公告）號: CN101170182A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 付宇;侯明;燕希強;景粉寧;林業發;明平文;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 新源動力股份有限公司
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/88;C25D11/04;C25D11/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池組鋁合金端板的表面處理方法，可顯著提高質子交換膜燃料電池鋁合金端板在電池運行條件下的穩定性，從而延長端板的壽命，同時降低了由于端板發生腐蝕而對電池性能產生的不良影響。

背景技術

質子交換膜燃料電池以氫氣為燃料，直接將化學能轉化為電能而不受卡諾循環的限制，能量轉換效率高；唯一產物為水，幾乎對環境零污染；同時，PEMFC還具有可低溫快速啟動，噪聲小，功率密度高等優點，非常適合作為電動汽車動力源、便攜式小型電源以及水下動力系統電源等。因而，自上世紀九十年代以來，受到各國政府和能源、汽車、家電和軍工等各方面的廣泛關注，技術發展迅速。

質子交換膜燃料電池屬隔膜型燃料電池，目前絕大部分的電池組都是按壓濾機方式組裝的，而且大多采用內公用管道形式。電池組的主體為MEA(燃料電池的膜/電極三合一組件)、雙極板及相應的密封件單元的重復。與電池組兩端的集流板相臨的是電池組端板，也稱夾板，在端板上除布有反應氣與冷卻液進出通道外，周邊還均布一定數目的圓孔。在組裝電池組時，圓孔內穿入螺桿，給電池施加一定的組裝力，因此端板材料應該具備一定的強度。質子交換膜燃料電池一般在80℃運行，端板在此溫度下應保持原來的強度，不發生軟化變形。由于操作需要，進口氣需要增濕；反應生成的水也隨出氣一起排除，所以進出口物質是高濕度氣體或氣液兩相流。由于電池內部是弱酸性，所以端板要耐酸腐蝕。為了保證電池在低溫環境下正常啟動，在冷卻水中還要加入一定量的乙二醇防凍液，端板在乙二醇中也應該具有很高的化學穩定性。目前大功率電池組通常在150節以下，端板耐200V左右的電壓比較安全。而為了提高整個電池組的重量比功率和體積比功率，端板在保持足夠強度的同時，密度越小越好。因而，理想的質子交換膜燃料電池組端板需要具備絕緣性好，耐腐蝕，耐高電壓，密度小，強度高等性能。

目前，常用的端板材料包括一些金屬及玻璃層壓板、工程塑料、聚砜材料等。鈦板或不銹鋼板等金屬材料強度高，但需在集流板與端板之間加入由工程塑料等材料制備的絕緣板，使電池系統復雜化；玻璃層壓板在各層之間存在串氣，目前還無法解決這個問題；而工程塑料和聚砜材料的熱穩定性都不夠好，在電池運行的溫度下容易軟化變形。

鋁合金密度小強度高，經陽極氧化后可形成絕緣膜層，是比較理想的端板材料。但之前采用的是固定電壓陽極氧化的工藝，然后在沸水中封閉，膜層不可避免的存在缺陷，在電池組運行一段時間后還是會發生腐蝕。本發明通過恒定電流密度的陽極氧化工藝，獲得了更加致密的氧化膜層；然后用環氧樹脂封閉，固化后的環氧樹脂膜層基本無孔，而且絕緣性能也很好。因此本發明所獲得的功能膜層，可以更好的滿足質子交換膜燃料電池對端板的性能要求。

相關專利如下：

USP20050048347提出一種質子交換膜燃料電池組端板材料的制作方法，該法將熱固性的樹脂與無機填充物混合后使之固化。其中樹脂的含量在1-47％(質量百分比)；無機填充物的含量為50-96％。所選用的樹脂包括：環氧樹脂、順丁烯二酰亞胺樹脂、苯酚樹脂、聚酯樹脂及硅樹脂等。

USP20020182470提出了一種注塑燃料電池端板的方法。該端板以熱塑性樹脂為主，輔以30％以上質量含量的長度超過5mm的玻璃增強纖維。熱塑樹脂包括：聚芳砜、聚芳酮醚等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種質子交換膜燃料電池組鋁合金端板的表面處理方法。將鋁合金端板陽極氧化后，在其表面涂敷一層環氧樹脂，并使樹脂固化。經此方法處理后，在鋁合金表面獲得了致密耐腐蝕的絕緣功能層，從而提高了端板在電池運行環境下的穩定性。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種質子交換膜燃料電池組鋁合金端板的表面處理方法，首先將鋁合金端板進行陽極氧化，使其表面形成氧化膜；然后在氧化膜表面涂敷一層環氧樹脂，加熱使樹脂固化，從而在端板表面獲得致密耐腐蝕的絕緣功能層。

鋁合金陽極氧化過程采用恒定電流密度的工藝；所述恒定電流密度的工藝為，將鋁合金在40～80℃的5～100g/L的NaOH溶液中放置30～300秒，堿蝕除去表面的氧化皮，然后放入10％-30％硝酸中洗去浮灰，再在體積比5％～50％的硫酸溶液中進行陽極氧化，溫度8～15℃，采用恒流電源，電流密度0.5～3A/dm²，時間20～60min。