[發(fā)明專利]一種燃料電池雙極板防腐涂層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111900426B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)韜;閆鵬飛;曾小勤;李德江;李揚(yáng)欣;王樂耘
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0206
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種燃料電池雙極板防腐涂層及其制備方法，該防腐涂層包括涂覆在金屬極板表面的導(dǎo)電膠體層，以及設(shè)置在導(dǎo)電膠體層上的疏水碳纖維布層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用疏水碳纖維布阻止金屬極板與電池環(huán)境中腐蝕介質(zhì)的接觸，有效保護(hù)了極板，電池環(huán)境下腐蝕速度可降低至10^?8～10^?7A/cm²，同時(shí)利用導(dǎo)電膠體與碳纖維布優(yōu)異的導(dǎo)電性能，接觸電阻在1.4Mpa下約為10～30mΩcm²，保證燃料電池雙極板性能的發(fā)揮，且制備方法簡單高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種燃料電池雙極板防腐涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將燃料與氧化劑的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置。隨著能源的緊缺，以氫能為代表的新能源技術(shù)受到越來越多的重視。質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)由于轉(zhuǎn)換效率高、對環(huán)境無污染、工作溫度低、工作壽命長等特點(diǎn)，在國防、交通領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件之一，占電堆體積的80％、質(zhì)量的70％和成本的29％。雙極板起著提供氣體反應(yīng)場所、收集電流、支撐膜電極、水管理等作用。雙極板材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，較好的耐蝕性與機(jī)械強(qiáng)度。目前，PEMFC的雙極板材料主要有三種：石墨材料、復(fù)合材料和金屬材料。其中石墨材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)電性良好，但由于石墨材料脆性大，機(jī)械性能差，不易于大批量生產(chǎn)；復(fù)合材料雙極板制造工藝簡單、抗腐蝕性能好，但導(dǎo)電性往往不佳；金屬材料雙極板具有高強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，且原材料便宜，適合大批量加工生產(chǎn)，是目前公認(rèn)的燃料電池產(chǎn)業(yè)化首選。然而，金屬極板在高溫、強(qiáng)酸的燃料電池環(huán)境下極易發(fā)生腐蝕，污染膜電極，嚴(yán)重影響燃料電池的使用壽命，而且金屬極板在酸性環(huán)境下會(huì)在表面形成鈍化膜，進(jìn)而增大了極板與氣體擴(kuò)散層之間的接觸電阻。因此，提高金屬極板的耐腐蝕性能和降低接觸電阻是金屬極板廣泛應(yīng)用的主要方向。

在金屬極板表面通過物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子鍍或電鍍等方式制備一層保護(hù)性涂層是近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。但這些鍍膜工藝往往比較繁瑣，且膜層較薄，在惡劣環(huán)境中，極有可能漏出金屬基底導(dǎo)致膜層失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種燃料電池雙極板防腐涂層及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的技術(shù)方案之一提供了一種燃料電池雙極板防腐涂層，包括涂覆在金屬極板表面的導(dǎo)電膠體層，以及設(shè)置在導(dǎo)電膠體層上的疏水碳纖維布層。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電膠體層的厚度大于100μm。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電膠體層的粘度大于12000MPa·s，在25℃下。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)電膠體層固化后的體積電阻率低于10^-3Ω·cm。

進(jìn)一步的，所述的疏水碳纖維布層與水的接觸角不小于130°

進(jìn)一步的，所述的疏水碳纖維布層在沿厚度方向的單位面積電阻小于13mΩ。

本發(fā)明中，導(dǎo)電膠體層厚度過小會(huì)發(fā)生腐蝕介質(zhì)滲入的可能，膠體層厚度過大成本過高且沒有必要；導(dǎo)電膠體層粘度越大越好，粘度過低可能導(dǎo)致防腐涂層的脫附；導(dǎo)電膠體層固化后的體積電阻率將會(huì)顯著影響防腐涂層的電阻，進(jìn)一步影響燃料電池整體的性能，故其越低越好。

疏水碳纖維布層與水的接觸角越大，防腐涂層整體的耐蝕性將會(huì)越好，低于130°可能無法滿足耐蝕性的要求，疏水碳纖維布層沿厚度方向的單位面積電阻越低，膜層的表面電阻越低，有利于燃料電池的性能發(fā)揮，也是越低越好。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二提供了一種燃料電池雙極板防腐涂層的制備方法，包括以下步驟：