[發明專利]質子交換膜燃料電池用雙極板及其制備方法

有效

• 申請號: 201010574637.3
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN102054989A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 陳薦;任延杰;何建軍;陳建林;邱瑋
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術領域

本發明涉及質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及一種質子交換膜燃料電池的雙極板及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)不僅具有一般燃料電池所具有的高效率、無污染、無噪聲、可連續工作的特點，而且還具有功率密度高、工作溫度低、啟動快、使用壽命長等優點。在固定電站、電動車、軍用特種電源、可移動電源等方面都有廣闊的應用前景，已引起越來越多國家和企業的重視。目前制約PEMFC產業化發展的關鍵因素是成本與壽命。

雙極板是質子交換膜燃料電池的關鍵材料之一。石墨雙極板孔隙率大、機械強度低、加工性能差、成本高；金屬材料雙極板的強度高、加工性能好，具有氣體不透過性，能夠阻隔氧化劑和還原劑，可制成很薄的雙極板（最薄厚度可達0.1mm～0.3mm），相對于石墨雙極板，能大幅度提高電池組的比能量和比功率，且可顯著降低雙極板的成本。但是，金屬材料在燃料電池工作環境中易于發生腐蝕或鈍化，降低了電池性能，目前在金屬雙極板表面制備耐蝕、低接觸電阻涂層是解決這一問題的主要方法。

現有金屬雙極板的防護涂層主要有：貴金屬涂層、金屬碳化物或氮化物涂層、石墨涂層、導電聚合物涂層等。采用貴金屬及其化合物做涂層材料雖然防護效果較好，但制造成本較高。而采用TiN、TiC等金屬碳化物或氮化物涂層和石墨涂層，電導率高，也能起到防止基材腐蝕，并降低接觸電阻的作用，成本相對較低，但目前的熱噴涂等工藝制備的涂層多存在缺陷，制備方法仍需進一步探索。

導電聚合物由于兼具有耐蝕性和導電性，是一種優良的雙極板防護涂層，有著很好的應用前景。但目前制備的導電聚合物在合成過程中易存在一些微觀缺陷，從而影響了涂層/合金體系的耐蝕與導電性能。在涂層中加入固體氧化物顆粒，一方面可降低涂層孔隙，另一方面合適的氧化物可提高導電聚合物合成的催化活性；但一般的氧化物在質子交換膜燃料電池的弱酸性環境中易發生溶解，會降低導電聚合物的穩定性，從而降低防護涂層的穩定性使金屬雙極板的使用壽命減短。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種成本低廉、密度小、耐腐蝕且化學穩定性好的質子交換膜燃料電池用雙極板，以及一種制備工藝簡單且制備快速的質子交換膜燃料電池用雙極板的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種質子交換膜燃料電池用雙極板，包括一金屬基板，其特征在于，所述金屬基板表面沉積有一聚吡咯-納米SnO₂復合導電涂層。

二氧化錫(SnO₂)為半導體氧化物，化學性質穩定，難溶于酸或堿，具有較寬的pH穩定區間。質子交換膜燃料電池的工作溫度約為80℃，其工作環境中主要含有少量的F^-、SO₄^2-和Cl^-等腐蝕性離子，為弱酸性環境，SnO₂可穩定存在，且它的半導體特征有可能改善涂層的導電性。

作為本發明的雙極板的進一步改進：

上述的質子交換膜燃料電池用雙極板中，所述金屬基板為不銹鋼基板。

上述的質子交換膜燃料電池用雙極板中，所述納米SnO₂?均勻分散于所述聚吡咯-納米SnO₂復合導電涂層中。

上述的質子交換膜燃料電池用雙極板中，所述納米SnO₂的平均粒徑優選為10?nm～25?nm。

上述的質子交換膜燃料電池用雙極板中，所述聚吡咯-納米SnO₂復合導電涂層的厚度優選為10μm～20μm。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述質子交換膜燃料電池用雙極板的制備方法，包括以下步驟：

（1）材料準備：準備一金屬基板及納米SnO₂粉體；

（2）配制納米SnO₂溶液：將所述納米SnO₂粉體超聲波分散到吡咯與十二烷基苯磺酸鈉的混合溶液中，配制成納米SnO₂合成溶液；

（3）沉積復合導電涂層：將上述納米SnO₂合成溶液作為電解液，金屬基板作為陽極，鉑片作為陰極，飽和甘汞電極作為參比電極，采用恒電流方法在所述金屬基板表面沉積一聚吡咯-納米SnO₂復合導電涂層，即得到所述質子交換膜燃料電池用雙極板。

作為本發明的制備方法的進一步改進：