[發明專利]一種抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝

無效

• 申請號: 200810011452.4
• 申請日: 2008-05-15
• 公開（公告）號: CN101276916A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 徐洪峰;潘歡歡;葛繼平;趙紅
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/02;C23C18/42;C23C22/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 高永德

技術領域

本發明屬于質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池用雙極板的制作技術。

背景技術

燃料電池雙極板(包括流場)是燃料電池關鍵部件之一。目前雙極板主要有金屬型雙極板和石墨型雙極板。金屬雙極板，包括不銹鋼、鋁和鈦板等材料的雙極板。但是，金屬在質子交換膜燃料電池工作條件下耐腐蝕性較差，容易腐蝕溶解出金屬離子污染電解質膜和生成鈍化膜增大接觸電阻，所以金屬雙極板，必須進行表面防腐和導電處理。傳統的方法有鍍貴金屬，氮化鈦和直接表面等離子氮化等。傳統方法的不足是，一、成本高，二、鍍膜與基體的膨脹系數大小不一樣，在燃料電池變溫度工況下，鍍膜容易破碎脫落，三、鍍膜很難做到致密無針孔，因此會形成小孔腐蝕。

發明內容

本發明的目的是提供一種抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，采用化學轉化法，在不銹鋼表面轉化膜中間植入微量的貴金屬、石墨或氮化鈦等導電介質，形成導電網絡，解決不銹鋼表面的抗腐蝕和導電的矛盾。本發明的技術方案是：一種抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，包括用不銹鋼薄板制成陽極單極板和陰極單極板，將陽極單極板與陰極單極板粘結或焊接在一起制成雙極板，其特征在于所述的用不銹鋼薄板制成的陽極單極板和陰極單極板還經過以下表面處理工藝：1)表面離子置換處理：將用不銹鋼薄板制成的陽極單極板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換，溶液中的貴金屬離子與不銹鋼表面的鐵和鎳發生置換反應，貴金屬沉積在不銹鋼表面形成導電耐腐蝕層，鐵和鎳以離子形式進入溶液；2)表面鈍化處理：將步驟1處理過的單極板放入鈍化液中作鈍化處理，鈍化不銹鋼表面貴金屬顆粒之間的不銹鋼基體，3)固化步驟2鈍化過的鈍化膜處理。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的含有貴金屬離子的溶液是含有銀離子的溶液、含有金離子的溶液和含有鉑離子的溶液中的任意一種。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的含有銀、金、鉑貴金屬離子的溶液的濃度分別是：含有銀離子的溶液為5-10％的硝酸和濃度為5-15％的硝酸銀的混合溶液；含有鉑離子的溶液為濃度為5-10％的硝酸和濃度為5-15％的氯鉑酸的混合溶液；含有金離子的溶液為濃度為5-10％的硝酸和濃度為5-15％的氯金酸的混合溶液。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的含有貴金屬離子的溶液中，還含有粒徑為30-100納米的納米級的導電介質石墨、碳化鈦、氮化鉻中的一種或兩種以上的混合物，含有的濃度為0.5-1g/L。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的將用不銹鋼薄板制成的陽極單極板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換的工藝是：將單極板放入含有貴金屬離子的溶液中，溶液溫度保持在30-50攝氏度，處理30-90分鐘后，將單極板用水沖洗干凈。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的單極板鈍化處理的鈍化液是濃度為30％的硝酸溶液。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的將經過離子置換處理的單極板放入鈍化液中作鈍化處理的工藝是：將經過離子置換處理的單極板放入濃度為30％的硝酸溶液中，硝酸溶液的溫度維持在30-60攝氏度，反應10-30分鐘，取出，用自來水沖洗干凈。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的單極板鈍化處理的鈍化液中還添加有粒度為0.1-0.5微米的聚四氟乙烯(PTFE)顆粒，濃度為1-5g/L。

本發明所述的抗腐蝕燃料電池不銹鋼雙極板制備工藝，其特征在于所述的將鈍化過的單極板進行固化鈍化膜處理的工藝是將經過鈍化的單極板放在高溫爐內，在200-250度下恒溫30分鐘。

本發明的優點是：表面處理工藝簡單，操作方便，經過處理的雙極板導電率得到提高，并且具有一定的憎水性。

具體實施方式

實施例1

利用模具將0.1mm厚的316L不銹鋼薄板沖壓成陽極單極板和陰極單極板。將單極板浸入堿洗液(5％的NaCO3，0.06％的十二烷基磺酸鈉)中超聲震蕩30min，洗掉上面的油污，然后將其放入酸洗液(HCl40g/L，十二烷基硫酸鈉0.06g/L)中超聲震蕩15min，洗去表面氧化物。隨后放入10％的硝酸和5％硝酸銀混合水溶液中處理30分鐘，取出，用去離子水沖洗干凈，再放入含硝酸為30％水溶液中處理10分鐘。取出沖洗干凈。高溫爐250度處理30分鐘最后將兩片陽極單極板和陰極單極板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固化12小時，制成雙極板。