[發(fā)明專利]一種質(zhì)子交換膜燃料電池的流場板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810666630.0
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108832153B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 李榮旭
• 申請（專利權）人: 山東亞泰新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0213;H01M8/0221;H01M8/0206
• 代理公司: 暫無信息
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本發(fā)明公開了一種質(zhì)子交換膜電池的流場板，包括金屬基板和設置于所述金屬基板上的涂層；所述金屬基板為厚度為鋁制流場板，所述涂層包括防腐涂層、聚乙炔層和石墨烯金屬復合膜；所述鋁制流場板厚度為100?200um，所述鋁制流場板上設有流道；所述防腐涂層為在所述鋁制流場板表面形成的致密石墨烯涂層；所述聚乙炔層和所述石墨烯金屬復合膜交替重復設置在所述防腐涂層外側，重復的次數(shù)為3?8次。解決了鋁制流場板在燃料電池環(huán)境下的腐蝕問題。

技術領域

本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池的流場板。

背景技術

燃料電池是一種可以高效地將燃料和氧化劑通過電極反應直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC，Proton exchange membrane fuel cells)是以固體質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)，氫氣或甲醇為燃料，空氣或氧氣為氧化劑的燃料電池。

PEMFC的核心是MEA（膜電極組件）和雙流場板，MEA是電化學反應的場所，雙流場板實現(xiàn)氣體均勻分配、收集電流以及排水。為了氣體分配和收集電流，雙流場板通常需具有良好的導電性能、導熱性能、抗燃料和氧化劑的穿透性和在電化學環(huán)境中的抗腐蝕性能等。雙流場板包括配對的兩個流場板，流場板多種多樣，常見的有多孔體流場和由各種金屬網(wǎng)構造的網(wǎng)狀流場板，點狀、部分蛇型流場板、交指狀流場等。

現(xiàn)有技術中通常在金屬流場板表面涂覆導電且耐腐蝕的涂層，常用的金屬流場板為不銹鋼，不銹鋼與鋁合金相比，二者價格相當，但是不銹鋼的制備工藝復雜，鋁合金的制備工藝簡單，但是鋁的化學性質(zhì)活潑、不穩(wěn)定，如何將鋁合金應用到流場板中，是本領域技術人員急需解決的技術問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種質(zhì)子交換膜燃料電池的流場板，解決了鋁制流場板在燃料電池環(huán)境下的腐蝕問題。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種質(zhì)子交換膜燃料電池的流場板，包括金屬基板和設置于所述金屬基板上的涂層；所述金屬基板為厚度為鋁制流場板，所述涂層包括防腐涂層、聚乙炔層和石墨烯金屬復合膜；所述鋁制流場板厚度為100-200um，所述鋁制流場板上設有流道；所述防腐涂層為在所述鋁制流場板表面形成的致密石墨烯涂層；所述聚乙炔層和所述石墨烯金屬復合膜交替重復設置在所述防腐涂層外側，重復的次數(shù)為3-8次；

其中，預處理后的所述鋁制流場板放入含有濃度為1-100mmol/L的四羥基合鋁酸根離子的0.05-5mg/ml的氧化石墨烯水溶液中浸漬2-24小時，浸漬溫度為20-100℃；取出干燥后在浸漬與20-160g/L的次磷酸鈉溶液中處理2-24小時，處理溫度為20-100℃；取出后清洗干燥，即在所述鋁制流場板表面形成了致密石墨烯涂層；

將所述鋁制流場板放入丙酮溶液中，采用三極電體系，所述鋁制流場板為工作電極，通入乙炔氣，電流低電位為-1.5V，電流密度為30mA/cm2，極化時間為150-220s，在所述鋁制流場板上形成聚乙炔層；

所述石墨烯金屬復合膜呈現(xiàn)有序、致密的石墨烯層狀結構，石墨烯膜與膜之間存在共價鍵，邊緣及缺陷處存在大量球形或半球形金屬精細顆粒，顆粒直徑處于5-300nm之間，金屬元素院子個數(shù)與碳原子的個數(shù)比為0.5-10%。

可選的，所述四羥基合鋁酸根離子的濃度為3-80mmol/L；所述氧化石墨烯水溶液額濃度為0.1-3mg/mL；所述鋁制流場板在該溶液中的浸漬溫度為30-90℃，浸漬時間為3-18小時。

可選的，所述次磷酸鈉溶液的濃度為30-120g/L；所述鋁制流場板在該溶液中的處理溫度為40-180℃，處理時間為4-18小時。

可選的，所述石墨烯金屬復合膜中的金屬是銅、鎳、錳、鋅、銀。