[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210085036.5
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN103361660A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯明;張化冰;竇美玲;邵志剛;衣寶廉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C23G1/19
• 分類號: C23G1/19;C25F3/24;H01M8/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，PEMFC)是以氫或凈化重整氣為燃料，空氣或純氧為氧化劑，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而不受卡諾循環(huán)限制的發(fā)電裝置。PEMFC具有能量轉(zhuǎn)換效率高、功率密度高、可低溫快速啟動、噪音小、環(huán)境污染低等優(yōu)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(tǒng)電源等。自上世紀九十年代以來，倍受各國政府和能源、汽車、軍工等方面的關(guān)注，技術(shù)發(fā)展迅速。

目前，絕大多數(shù)電池組都是采用壓濾機方式進行組裝，主體為膜/電極三合一組件(MEA)、雙極板和密封件單元的重復(fù)。作為PEMFC的重要組件，雙極板占電池重量和體積的很大比重，起到均勻分配燃料和氧化劑、實現(xiàn)電池組內(nèi)各單池之間的聯(lián)接、支撐電池組、收集并導(dǎo)出電流、阻隔反應(yīng)氣體、電池水-熱管理等作用。因此，理想的雙極板材料應(yīng)具有良好的耐蝕性、良好的導(dǎo)電性、高阻氣性、高機械強度、低密度、低成本易加工等特性。金屬導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，資源豐富，機械強度高，現(xiàn)有加工工藝成熟，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)降低成本，是理想的PEMFC雙極板材料。但不銹鋼作為PEMFC雙極板的不足之處在于：1)不銹鋼表面容易鈍化形成氧化膜層，該氧化膜電阻很大，用作PEMFC雙極板會增加電池內(nèi)部電阻，從而使電池性能下降；2)在質(zhì)子交換膜燃料電池酸性(pH＝2～3)、濕熱(氣液兩相流，～80℃)的苛刻條件下，容易發(fā)生腐蝕，溶解的金屬離子會對膜及催化劑造成毒化，從而降低電池性能及壽命。為解決以上不足，相關(guān)專利提出了對不銹鋼基體進行表面改性，在其表面制備導(dǎo)電耐蝕膜層，如專利EP?2361882A1，WO?2006/041562A2，CA?2361091A1，US?2004/0038108A1，CN102130341A等。表面改性膜層質(zhì)量的好壞在很大程度上取決于基體材料的前處理效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法。通過前處理，減少不銹鋼基體表面存在的缺陷，以保證高質(zhì)量改性膜層的制備。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法，包括表面除油除污和電化學(xué)拋光，其特征在于所述的不銹鋼雙極板前處理方法包括以下步驟：1)將不銹鋼雙極板進行除油除污；2)將經(jīng)過步驟1除油除污的不銹鋼雙極板在酸性電解質(zhì)溶液中進行電化學(xué)拋光。

本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法，其特征在于：所述的不銹鋼雙極板使用的不銹鋼為904L，316L，304，310中的任意一種。

本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法，其特征在于：所述不銹鋼表面除油除污工藝如下：先將不銹鋼雙極板用乙醇或丙酮除油除污，然后水洗干燥。

本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法，其特征在于：所述不銹鋼表面堿性溶液除油除污工藝如下：

1)堿性溶液組成如下：

2)堿液除油除污工藝參數(shù)如下：

除油除污溫度(θ)????40～100℃

除油除污時間(t)?????1～10min

本發(fā)明的質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板前處理方法，其特征在于：所述不銹鋼電化學(xué)拋光工藝如下：

1)電化學(xué)拋光溶液組成如下：

H₂SO₄(98％)????100～500mL/L

H₃PO₄(85％)????300～800mL/L

甘油???????????10～50g/L

2)電化學(xué)拋光工藝參數(shù)如下：

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1.操作簡便，可通過電壓、電流等容易控制的參數(shù)來控制拋光厚度和拋光效果，且拋光速度快，工藝成熟，適合批量生產(chǎn)降低成本。

2.能夠拋光形狀復(fù)雜的工件，如沖壓成型的金屬薄板。

3.經(jīng)表面除油除污-電化學(xué)拋光處理的不銹鋼表面平整，缺陷明顯減少。

4.經(jīng)表面除油除污-電化學(xué)拋光處理后，再制備導(dǎo)電耐蝕改性膜層，其耐蝕性能得到提高。

附圖說明

圖1是經(jīng)乙醇、堿液處理的不銹鋼表面形貌SEM圖；

圖2是經(jīng)過電化學(xué)拋光處理的不銹鋼表面形貌SEM圖；