[發明專利]一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202011181009.9
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112310429B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 應韜;閆鵬飛;曾小勤;李揚欣;李德江;王樂耘
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層及其制備方法，該耐蝕涂層包括涂覆在金屬極板表面的導電膠體層，以及設置在導電膠體層上的鉭箔層。與現有技術相比，本發明利用鉭箔阻止金屬雙極板與電池環境中腐蝕介質的接觸，有效保護了極板，電池環境下腐蝕速度可降低至10^?8～10^?7A/cm²，同時利用導電膠體與鉭金屬優異的導電性能，接觸電阻在1.4Mpa下約為5～30mΩcm²，保證燃料電池雙極板性能的發揮，且制備方法簡單高效。

技術領域

本發明屬于燃料電池技術領域，涉及一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層及其制備方法。

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化成電能的發電裝置。隨著新能源技術的不斷發展，以氫氣為燃料的質子交換膜燃料電池(ProtonExchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)近年來廣受關注，由于其轉換效率高、對環境無污染、工作溫度低、工作壽命長等特點，在國防、交通領域得到了廣泛的應用。

雙極板是質子交換膜燃料電池的關鍵部件之一，占電池電堆體積的80％、質量的70％和成本的30％。雙極板起著提供氣體反應場所、收集電流、支撐膜電極、水管理等作用。因此，雙極板材料應具有良好的導電性，較好的耐蝕性與機械強度，金屬目前正在逐漸成為雙極板材料的首選。燃料電池雙極板一般工作環境在pH＝3、溫度為70℃-100℃的高溫高濕酸性環境中，處于該環境下的金屬若沒有足夠的自身耐蝕性，極易發生腐蝕，生成腐蝕產物破壞電池內部環境，從而大大降低燃料電池壽命。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用的主要方向。

在金屬極板表面通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、離子鍍或電鍍等方式制備一層保護性涂層是近年來國內外研究的熱點。但這些鍍膜工藝往往比較復雜，且膜層質量難以保證，在惡劣環境中，極有可能漏出金屬基底導致膜層失效。同時這些原位成膜工藝往往使得產品尺寸受限于設備，成本較高。

發明內容

本發明的目的就是為了提供一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的技術方案之一提供了一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層，包括涂覆在金屬極板表面的導電膠體層，以及設置在導電膠體層上的鉭箔層。

進一步的，所述的導電膠體層的厚度小于30μm。

進一步的，所述的導電膠體層固化后的體積電阻率低于10^-3Ω·cm。

進一步的，所述的導電膠體層的粘度于室溫25℃下大于11500MPa·s。

進一步的，所述的鉭箔層厚度為30μm-100μm。

進一步的，鉭箔層所用鉭箔純度應高于99.99wt％。

本發明中，導電膠體厚度過大會大大增加生產成本；導電膠體層粘度越大越好，粘度過低可能導致防腐涂層的脫附；導電膠體層固化后的體積電阻率將會顯著影響防腐涂層的電阻，進一步影響燃料電池整體的性能，故其越低越好。

鉭箔本身作為抵抗腐蝕介質的關鍵屏障，其厚度不可過低，否則將提高雙極板失效的風險，同時在考慮成本的情況下其厚度無須過高，否則將會大大提高生產成本；鉭箔本身純度越高越好，否則可能無法滿足耐蝕性的要求。

本發明的技術方案之二提供了一種用于燃料電池雙極板的耐蝕涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將導電膠涂覆在金屬極板表面，形成導電膠體層；

(2)再將機械打磨除膜后的鉭箔裁剪至指定形狀貼附在導電膠體層上，得到鉭箔防護層；

(3)在鉭箔表面施加壓力，使得鉭箔與導電膠體層充分接觸；