[發明專利]一種低內阻金屬雙極板及其制備方法

有效

• 申請號: 201910136765.0
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109873178B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 燕希強;王鐸霖;王繼明;黃振旭;賈佳;崔士濤;孫注江
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院;佛山（云浮）氫能產業與新材料發展研究院;廣東國鴻氫能科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/026
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 顏希文;宋靜娜

本發明公開了一種低內阻金屬雙極板及其制備方法，包括金屬薄板、超低接觸電阻導電層，所述的超低接觸電阻導電層覆蓋在不銹鋼金屬薄板的外表面，形成帶超低接觸電阻導電層的金屬薄板。低內阻金屬雙極板制備包括柔性石墨或石墨烯薄膜復合金屬薄板基材制作、極板沖壓加工、氫氧極板焊接或粘結、極板表面改性，獲得的金屬雙極板不僅極大地降低了氫氧極板之間的接觸電阻，同時也降低了金屬雙極板冷卻通道內部的腐蝕速率，提高了燃料電池電堆的性能，延長金屬雙極板的使用壽命，本發明的制備工藝簡單、成本低、雙極板電阻小、耐腐蝕、使用壽命長，具有實用價值。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種低內阻金屬雙極板及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學能通過電化學反應直接轉換成電能的發電裝置。隨著新能源技術的不斷發展，以氫氣為主要燃料的質子交換膜燃料電池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell，PEMFC)近年來已經成為研究的熱點之一。由于其能量轉換過程不必經過熱機過程，因此能量轉換效率不受卡諾循環限制，電池組的發電效率可以達到50％以上，而且其唯一產物是水，對環境十分友好。質子交換膜燃料電池的工作溫度低、啟動速度快、比功率高、工作壽命長，是理想的移動電源和獨立電源裝置，在交通工具、電子產品、國防軍事和固定電站等領域具有廣泛的應用前景。

傳統的PEMFC電堆主要包括膜電極、雙極板等結構，其中，雙極板占去了電堆的大部分質量和成本。作為質子交換膜燃料電池的核心部件之一，雙極板具有以下功能：(1)分隔氧化劑與還原劑；(2)收集電流并承擔電池系統的散熱；(3)為反應氣體的流入和水的流出提供通道(即流場)；(4)支撐膜電極。因此，理想的雙極板材料必須是電和熱的良導體，具有良好的阻氣性，在一定工作溫度和電位范圍內具有良好的耐腐蝕性，密度低，強度高，并且易于加工成型和大批量生產。目前，PEMFC的雙極板材料主要有三種：石墨材料、復合材料和金屬材料。其中，石墨材料的熱導性和電導性良好，化學性質穩定，耐腐蝕性能好，但由于石墨材料脆性大，機械性能差，不易于大批量生產；復合材料雙極板制造工藝簡單、質量輕、抗腐蝕性能好，但同時存在導電性能差和氣體滲透等問題；金屬材料雙極板具有高強度和良好的導電、導熱性能，并且原材料便宜，適合大批量加工生產，是目前公認的燃料電池產業化首選。然而，金屬極板在燃料電池的強酸、高溫工作環境中極易發生腐蝕，污染催化劑，嚴重降低燃料電池的使用壽命，而且金屬極板在酸性環境中會在表面形成鈍化膜，進而增大了極板和氣體擴散層的接觸電阻。因此，提高金屬極板的抗腐蝕性能、降低極板接觸電阻是金屬極板發展的主要方向。同時由于目前金屬雙極板材料主要采用不銹鋼或鈦合金，該兩種材料如不進行表面處理，與氫氧直接接觸，接觸電阻會很大，嚴重影響極板內阻，影響燃料電池性能；如果進行表面處理，如鍍耐腐涂層，則會大幅增加極板的制造成本。

石墨烯或柔性石墨具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料；同時石墨烯膜和柔性石墨薄膜，具有較強的拉伸空間和高柔韌性。將石墨烯膜和柔性石墨薄膜用于氫氧極板之間作為導電層，可以極大降低雙極板的內阻，提高燃料電池性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種低內阻金屬雙極板及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種低內阻金屬雙極板，包括金屬薄板、超低接觸電阻導電層，所述的超低接觸電阻導電層覆蓋在不銹鋼金屬薄板的外表面，形成帶超低接觸電阻導電層的金屬薄板。

金屬材料雙極板具有高強度和良好的導電、導熱性能，并且原材料便宜，適合大批量加工生產，是目前公認的燃料電池產業化首選。然而，金屬極板在燃料電池的強酸、高溫工作環境中極易發生腐蝕，污染催化劑，嚴重降低燃料電池的使用壽命，而且金屬極板在酸性環境中會在表面形成鈍化膜，進而增大了極板和氣體擴散層的接觸電阻，本發明通過在金屬薄板表面黏附一層超低接觸電阻導電層，極大地降低了氫氧極板之間的接觸電阻，同時也降低了金屬雙極板冷卻通道內部的腐蝕速率，提高了燃料電池電堆的性能，延長金屬雙極板的使用壽命。