[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的處理方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710203502.4
• 申請(qǐng)日: 2007-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN101252191A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李賀;肖鋼;侯曉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 漢能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/88
• 分類號(hào): H01M4/88;H01M8/02;H01M8/10
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池的金屬雙極板技術(shù)，具體涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池用金屬雙極板制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池(Fuel?Cell)是一種由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，具有高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境友好、安靜、可靠性高等優(yōu)勢(shì)，燃料電池技術(shù)受到世界各國(guó)政府的普遍重視。

在眾多燃料電池類別中，質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，PEMFC)是最新一代燃料電池技術(shù)。由于采用了固態(tài)電解質(zhì)高分子膜作為電解質(zhì)，因此具有室溫快速啟動(dòng)、無(wú)電解質(zhì)泄漏、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，也因此被公認(rèn)為最有希望的理想替代能源

雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池中的關(guān)鍵組件之一，其重量和體積占了整個(gè)燃料電池的絕大比例。雙極板具有分布與分隔反應(yīng)氣體、收集與傳輸電流等作用，其制作材料及加工費(fèi)用也是PEMFC成本高的主要原因之一。因此，雙極板材料及其制作工藝的發(fā)展對(duì)PEMFC商業(yè)化具有非常重要的影響。

目前，應(yīng)用比較廣泛的有石墨雙極板、碳復(fù)合材料雙極板、金屬雙極板等。石墨材料是較早開發(fā)和利用的雙極板材料，現(xiàn)在的制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟。石墨雙極板質(zhì)量輕、耐腐蝕性能好、導(dǎo)電性較強(qiáng)，但由于石墨脆性大，且厚度較大，缺乏機(jī)械強(qiáng)度，而導(dǎo)致加工流場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)，成本過(guò)高，無(wú)法滿足PEMFC商業(yè)化要求的規(guī)模化生產(chǎn)。碳復(fù)合材料雙極板對(duì)石墨雙極板的物性有一定改善，并在一定程度上降低了成本，但其加工工藝十分復(fù)雜，而金屬雙極板不僅易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)、降低電堆成本，具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，而且能大幅度提高電堆比功率，因而被認(rèn)為是最有競(jìng)爭(zhēng)力的未來(lái)的雙極板材料。

較早使用的金屬雙極板大多是鍍金的鈦板和鈮板，隨著技術(shù)的進(jìn)步和低成本的要求，薄層金屬雙極板的種類研究趨于多樣化。常用的材料主要有不銹鋼、鈦、鎳、鋁和鋁合金等。但不可避免的是金屬雙極板在PEMFC這種顯酸性的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，會(huì)腐蝕，而產(chǎn)生多價(jià)金屬離子，進(jìn)而造成氧電極側(cè)金屬氧化物的增厚，增加接觸電阻、污染電極、降低電池性能。同時(shí)，在氫電極側(cè)會(huì)發(fā)生輕微腐蝕，而使電極催化劑的活性降低，膜電阻增加，所以金屬雙極板的表面處理方法就成為了此領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的表面處理方法，該方法可以提高金屬雙極板的耐腐蝕性和導(dǎo)電性，并具有成本低、方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的表面處理方法，金屬雙極板由基體及其表面導(dǎo)電耐蝕涂層構(gòu)成，基體可以304不銹鋼、316不銹鋼、鈦、鎳、鋁和鋁合金等。表面涂層為一種碳/聚苯胺的復(fù)合材料，其中碳材料可以是炭黑、碳粉、乙炔黑、碳纖維或其混合物，涂層厚度為10～50μm。

制備方法采用化學(xué)合成涂敷法。步驟如下：

首先將苯胺單體溶于酸(可以是鹽酸、硝酸、硫酸或磷酸等)中，與溶劑和質(zhì)量為苯胺5％～20％的碳材料混合，然后在此苯胺單體和碳材料的混合溶液中添加氧化劑，制成導(dǎo)電的碳/聚苯胺復(fù)合材料，將上述材料溶解于10～50g/L的N-甲基吡咯烷酮溶液中，直接涂敷在處理過(guò)的金屬雙極板基體表面上，然后在0.1-0.3mol/L稀酸(可以是鹽酸、硝酸、硫酸)中浸泡1～5小時(shí)，低溫真空干燥得到。

其中溶劑可以是脂肪烴溶劑、脂環(huán)族溶劑以及芳香族溶劑等，優(yōu)選三氯甲烷、三氯乙烷、醇類、醚類或甲苯。氧化劑可以是過(guò)硫酸銨、二氧化錳、雙氧水、重鉻酸鉀、高錳酸鉀及其混合物。氧化劑與苯胺的質(zhì)量比為0.61∶1。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的表面處理方法，該導(dǎo)電高分子復(fù)合材料涂層可以提高金屬的耐腐蝕性和導(dǎo)電性，并具有成本低、方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例能夠進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方法。

實(shí)施例1

炭黑/聚苯胺復(fù)合材料改性金屬雙極板。