[發明專利]一種燃料電池用鉻碳復合極板材料的制備方法

在審

• 申請號: 201210522057.9
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103066301A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 姜波
• 申請（專利權）人: 上海錦眾信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/02
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 劉懿

技術領域

本發明涉及一種燃料電池電極材料的制備方法，尤其涉及一種燃料電池用鉻碳復合極板材料的制備方法。

背景技術

燃料電池(Fuel?Cell)能將儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能，其轉化效率高、環境友好、可靠性強，被認為是21世紀首選的高效的可持續發電技術。在各類燃料電池中，質子交換膜燃料電池（Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell，PEMFC）具有啟動快、壽命長、比功率高等優點，除適用于地面發電站以外，還特別適合用于可移動動力源和各種便攜電源，是電動車和其它交通工具甚至是武器載運的理想電源之一，因此質子交換膜燃料電池的發展對整個新能源技術領域的發展具有舉足輕重的作用。

作為聚合物電解質燃料電池中重要的多功能組件之一，雙極板不僅具有分隔反應氣體、集流導電、支撐膜電極和導熱作用，還能與流場板結合為反應氣體提供通道，使反應氣體分布均勻，并將生成的水排出。雙極板必須由導電和機械性能良好、化學穩定的低滲透材料制備，從而降低電池組的能量損耗并延長使用壽命。作為一種重要的多功能組件，雙極板的性能直接影響PEMFC的使用壽命和輸出功率。

傳統的石墨雙極板，因脆性大、強度低，難以制備重量輕、體積小的燃料電池組，而且在其表面機加工各種流場的工藝耗時且費用高。

不銹鋼的導電導熱性能好、資源豐富、成本低、強度高，是制造燃料電池雙極板的理想材料。但是雙極板材料在酸性工作環境下將面臨溶解或鈍化等腐蝕問題，因此有必要在不銹鋼表面形成一層導電且耐腐蝕的覆蓋層。

傳統意義上采用電鍍方法在不銹鋼表面鍍鉻，鍍層存在較多的疏松、穿孔等缺陷，且導電性能和耐腐蝕性能并未得到明顯提高。因此，迫切需要通過一種新的表面改性方法來提供高表面導電性和良好耐蝕性的金屬雙極板。

發明內容

本發明提供一種燃料電池用鉻碳復合極板材料的制備方法，使用該方法制備的負極復合材料用于薄膜燃料電池時，具有良好的導電性和耐腐蝕性，并且成本相對較低。

為了實現上述目的，本發明提供的一種燃料電池用鉻碳復合極板材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟1，制備鐵基基片

按如下質量百分比熔鑄鐵基合金：C=0.10-0.35%，Al=0.15-0.35%，Zn=0.45-0.70%，Ni=0.15-0.25%，Cu=0.05-0.25%，Pb=0.05-0.15%，Si=0.10-0.15%，Cr=0.20-0.35%，余量為Fe，將熔鑄后的合金制成鐵基基片；?

步驟2，處理鐵基基片

上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為25-40kHz下超聲處理1-2h，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片；

步驟3，真空濺射得到覆碳鐵基基片

將上述處理后的鐵基基片，安放于電弧離子鍍的真空室中，由真空系統將真空室真空抽到3-5×10^-4Pa，之后充入工作氣體、啟動陰極碳靶電弧并加偏壓開始進行粒子濺射基板鈍化膜去除處理，弧電流為5-10A，時間為1-2h，然后降低偏壓到-400V--600V，調整工作氣壓到0.3Pa-0.5Pa，同時調整弧流為20-60A開始進行薄膜沉積過程，再經過充分爐冷后放開真空取出覆蓋了碳的鐵基基片；

步驟4，滲鉻得到鉻碳復合極板材料

采用金屬鉻粉40-60wt%，氧化鎂20-40wt%，硝酸銨20-40wt%混合混勻，配制滲鉻劑，將滲鉻劑進行球磨，在惰性氣體氣氛下和溫度為700-900℃條件下，采用球磨后的滲鉻劑對噴丸預處理后的金屬雙極板進行滲鉻，滲鉻后即得到質子交換膜燃料電池用鉻碳復合極板材料。

其中，步驟1中所述鐵基基片厚度優選為1-2mm。

其中，步驟2中，薄膜沉積過程保持時間優選為2-3h。

其中，步驟4中所述惰性氣體優選為氬氣。

本發明還提供了一種上述方法制備的燃料電池用鉻碳復合極板材料。

本發明制備的燃料電池用鉻碳復合極板材料，通過在特定成分的鐵基合金基片上，采用濺射覆碳及滲鉻工藝，在其表面上形成均勻致密的鉻碳覆蓋層，該復合極板材料在用于燃料電池，具有良好的導電性和耐腐蝕性，能增長了燃料電池的使用壽命。

具體實施方式

實施例一

制備鐵基基片