[發明專利]金屬雙極板及其制造方法

在審

• 申請號: 202210907425.5
• 申請日: 2022-07-29
• 公開（公告）號: CN115939435A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 應韜;閆鵬飛;曾小勤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0206;H01M8/10
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 彭楷茵

本發明提供了一種金屬雙極板，包括金屬基板以及在金屬基板上依次形成的過渡層和耐蝕層，金屬雙極板在80℃的0.5mM?Hsubgt;2/subgt;SOsubgt;4/subgt;+0.1ppm?HF溶液中進行24h恒電位測試以后，腐蝕電流密度在5×10supgt;?8/supgt;A/cmsupgt;2/supgt;以下。本發明的技術方案在金屬基板表面形成復合膜層，包括過渡層和耐蝕層。耐蝕層能在PEMFC的工作環境下維持性能穩定，對金屬基板起保護作用，但其通常較薄，并且在其形成過程中很難避免出現貫穿孔或裂縫的缺陷，本發明通過設置過渡層，可以在耐蝕層出現缺陷時，在缺陷處形成致密的氧化物，堵住該缺陷，避免PEMFC中的酸性溶液直接接觸金屬基板造成金屬雙極板失效，同時還能使外側的耐蝕層保持相對完整，以使金屬雙極板維持良好的使用性能。本發明還提供了一種金屬雙極板的制備方法。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，特別涉及一種金屬雙極板的耐蝕涂層及其制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(Proton?Exchange?Membrane?Fuel?Cell,PEMFC)利用分別通入其內部的氫氣和氧氣作為能量來源，通過氧化還原反應產生電流供電。因其發電過程不涉及卡諾循環，能量利用率很高，無污染，且工作溫度低，啟動速度快，近年來被認為是最適合在交通工具上應用的新型能源。

雙極板是PEMFC上的核心部件之一。在PEMFC的運行過程中，雙極板承擔多項角色，包括支撐膜電極(Membrane?Electrode?Assembly，MEA)、傳導電流、導通氣體、排除反應熱量等，其質量與體積分別占到整個燃料電池的70％和80％以上。因此，雙極板在需要具有良好的機械性能、導電性能、導熱性能的同時，由于燃料電池內部工作環境含有硫酸(pH＝2～3)和氫氟酸(0.1ppm)，且工作溫度可達80℃，也需要具備在酸性和高溫環境下的耐蝕性。

常見的PEMFC雙極板包括石墨雙極板、金屬雙極板和復合材料雙極板。石墨雙極板具有優異的導電性、導熱性和耐蝕性，在工作環境中的性能十分穩定，但其較脆，機械性能較差，加工時通常采用壓鑄成型或者膨脹石墨成型等方式，制作工藝復雜且厚度較大。復合材料雙極板通常是石墨與金屬或者其他碳材料復合形成的，通常也通過壓鑄成型等方式來生產，制作工藝復雜。

金屬雙極板通常也具有好的導電性和導熱性，與石墨雙極板和復合材料雙極板相比，機械加工性能強，制作工序較少，可用于制作超薄雙極板，并應用于小體積、高功率密度的燃料電池。常見的不銹鋼雙極板往往會在酸性和高溫的電池環境下發生嚴重的腐蝕，表面發生鈍化，影響雙極板的導電性，通常需要對不銹鋼雙極板表面進行改性，以使不銹鋼雙極板能夠在工作環境中保持良好的抗腐蝕性和導電性。與不銹鋼板相比，鋁雙極板和鎂雙極板在加工性能和提高PEMFC重量比功率方面優勢明顯，但鋁和鎂一旦暴露在酸性環境中會迅速被腐蝕，嚴重影響PEMFC的工作穩定性。現有技術中對鋁板的改性通常采用表面磁控濺射的方式在其表面沉積碳等耐腐蝕材料，以對其進行保護。由于磁控濺射往往難以避免鍍層出現穿孔和裂紋等缺陷，且單一膜層往往不能對鋁板和鎂板提供充分的保護，使用時涂層失效導致鋁板或鎂板溶解的風險依然存在。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術的膜層容易在使用時失效，導致金屬雙極板被腐蝕的問題。本發明提供了一種金屬雙極板，包括金屬基板以及在金屬基板上依次形成的過渡層和耐蝕層，金屬雙極板在80℃的0.5mM?H₂SO₄+0.1ppm?HF溶液中進行24h恒電位測試以后，腐蝕電流密度在5×10^-8A/cm²以下。