一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝的製作方法
2023-05-07 18:07:36
專利名稱：一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於質子交換膜燃料電池領域，尤其涉及質子交換膜燃料電池用雙 極板的製作技術。
技術背景燃料電池雙極板(包括流場)是燃料電池關鍵部件之一。目前雙極板主要 有金屬型雙極板和石墨型雙極板。金屬雙極板，包括不鏽鋼、鋁和鈦板等材料 的雙極板。但是，金屬在質子交換膜燃料電池工作條件下耐腐蝕性較差，容易 腐蝕溶解出金屬離子汙染電解質膜和生成鈍化膜增大接觸電阻，所以金屬雙極 板，必須進行表面防腐和導電處理。傳統的方法有鍍貴金屬，氮化鈦和直接表 面等離子氮化等。傳統方法的不足是， 一、成本高，二、鍍膜與基體的膨脹系 數大小不一樣，在燃料電池變溫度工況下，鍍膜容易破碎脫落，三、鍍膜很難 做到緻密無針孔，因此會形成小孔腐蝕。 發明內容本發明的目的是提供一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，採用化 學轉化法，在不鏽鋼表面轉化膜中間植入微量的貴金屬、石墨或氮化鈦等導電 介質，形成導電網絡，解決不鏽鋼表面的抗腐蝕和導電的矛盾。本發明的技術 方案是 一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，包括用不鏽鋼薄板製成 陽極單極板和陰極單極板，將陽極單極板與陰極單極板粘結或焊接在一起製成 雙極板，其特徵在於所述的用不鏽鋼薄板製成的陽極單極板和陰極單極板還經 過以下表面處理工藝1)表面離子置換處理將用不鏽鋼薄板製成的陽極單極 板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換，溶液中的貴金屬 離子與不鏽鋼表面的鐵和鎳發生置換反應，貴金屬沉積在不鏽鋼表面形成導電 耐腐蝕層，鐵和鎳以離子形式進入溶液；2)表面鈍化處理將步驟1處理過的 單極板放入鈍化液中作鈍化處理，鈍化不鏽鋼表面貴金屬顆粒之間的不鏽鋼基 體，3)固化步驟2鈍化過的鈍化膜處理。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 含有貴金屬離子的溶液是含有銀離子的溶液、含有金離子的溶液和含有鉑離子 的溶液中的任意一種。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 含有銀、金、鉑貴金屬離子的溶液的濃度分別是含有銀離子的溶液為5-10%的硝酸和濃度為5-15%的硝酸銀的混合溶液；含有鉑離子的溶液為濃度為5-10% 的硝酸和濃度為5-15%的氯鉑酸的混合溶液；含有金離子的溶液為濃度為5-10% 的硝酸和濃度為5-15°/。的氯金酸的混合溶液。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 含有貴金屬離子的溶液中，還含有粒徑為30-100納米的納米級的導電介質石墨、 碳化鈦、氮化絡中的一種或兩種以上的混合物，含有的濃度為0.5-lg/L。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 將用不鏽鋼薄板製成的陽極單極板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中 進行離子置換的工藝是將單極板放入含有貴金屬離子的溶液中，溶液溫度保 持在30-50攝氏度，處理30-90分鐘後，將單極板用水衝洗乾淨。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 單極板鈍化處理的鈍化液是濃度為30%的硝酸溶液。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 將經過離子置換處理的單極板放入鈍化液中作鈍化處理的工藝是將經過離子 置換處理的單極板放入濃度為30%的硝酸溶液中，硝酸溶液的溫度維持在30-60 攝氏度，反應10-30分鐘，取出，用自來水衝洗乾淨。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 單極板鈍化處理的鈍化液中還添加有粒度為0.1-0.5微米的聚四氟乙烯(PTFE) 顆粒，濃度為l-5g/L。本發明所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵在於所述的 將鈍化過的單極板進行固化鈍化膜處理的工藝是將經過鈍化的單極板放在高溫 爐內，在200-250度下恆溫30分鐘。本發明的優點是表面處理工藝簡單，操作方便，經過處理的雙極板導電 率得到提高，並且具有一定的憎水性。
具體實施方式
實施例1利用模具將0.1mm厚的316L不鏽鋼薄板衝壓成陽極單極板和陰極單極板。 將單極板浸入鹼洗液(5%的NaC03， 0.06%的十二垸基磺酸鈉)中超聲震蕩 30min，洗掉上面的油汙，然後將其放入酸洗液(HC140g/L，十二垸基硫酸鈉 0.06g/L)中超聲震蕩15min，洗去表面氧化物。隨後放入10%的硝酸和5%硝酸 銀混合水溶液中處理30分鐘，取出，用去離子水衝洗乾淨，再放入含硝酸為30% 水溶液中處理10分鐘。取出衝洗乾淨。高溫爐250度處理30分鐘最後將兩片 陽極單極板和陰極單極板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固化12小時， 製成雙極板。 實施例2:利用模具將0. lmm厚的316L不鏽鋼薄板衝壓成
圖1所示的陽極單極板和陰 極單極板；浸入鹼洗液(5%的NaC03， 0.06%的十二烷基磺酸鈉)中超聲震蕩 30min,洗掉上面的油汙，然後將其放入酸洗液(HC140g/L，十二烷基硫酸鈉 0.06g/L)中超聲震蕩15min，洗去表面氧化物。隨後放入10%的硝酸、5%硝酸 銀和2%的石墨粉(平均粒徑為30納米)混合水溶液中，超聲波攪拌，處理30 分鐘，取出，用去離子水衝洗乾淨，再放入含硝酸為30%溶液中處理IO分鐘。 取出衝洗乾淨。高溫爐250度處理30分鐘。最後將兩片陽極單極板和陰極單極 板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固化12小時，製成雙極板。該雙極板 具有較高的導電率。 實施例3:利用模具將O.lmm厚的316L不鏽鋼薄板衝壓成陽極單極板和陰極單極板； 浸入鹼洗液(5%的NaC03， 0.06%的十二烷基磺酸鈉)中超聲震蕩30min，洗 掉上面的油汙，然後將其放入酸洗液(HC140g/L，十二垸基硫酸鈉0.06g/L)中 超聲震蕩15min,洗去表面氧化物。隨後放入10%的硝酸和5%硝酸銀混合溶液 水溶液中處理30分鐘，取出，用去離子水衝洗乾淨，再放入含硝酸為30%和lg/L 的PTFE的水溶液中處理IO分鐘。取出衝洗乾淨。高溫爐320度處理30分鐘； 最後將兩片陽極單極板和陰極單極板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固 化12小時，製成雙極板。該雙極板具有憎水性。實例4:利用模具將0.1mm厚的316L不鏽鋼薄板衝壓成陽極單極板和陰極單極板; 將單極板浸入鹼洗液(5%的NaC03， 0.06%的十二烷基磺酸鈉)中超聲震蕩 30min，洗掉上面的油汙，然後將其放入酸洗液(HC140g/L，十二垸基硫酸鈉 0.06g/L)中超聲震蕩15min，洗去表面氧化物。隨後放入10%的硝酸和5%氯金 酸混合溶液中處理30分鐘，取出，用去離子水衝洗乾淨，再放入含硝酸為30% 溶液中處理IO分鐘。取出衝洗乾淨。高溫爐250度處理30分鐘最後將兩片陽 極單極板和陰極單極板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固化12小時，制 成雙極板。 實例5:利用模具將O.lmm厚的316L不鏽鋼薄板衝壓成陽極單極板和陰極單極板； 將單極板浸入鹼洗液(5%的NaC03， 0.06%的十二烷基磺酸鈉)中超聲震蕩 30min，洗掉上面的油汙，然後將其放入酸洗液(HC140g/L,十二烷基硫酸鈉 0.06g/L)中超聲震蕩15min，洗去表面氧化物。隨後放入10%的硝酸和5%氯鉑 酸混合溶液中處理30分鐘，取出，用去離子水衝洗乾淨，再放入含硝酸為30% 溶液中處理IO分鐘。取出衝洗乾淨。高溫爐250度處理30分鐘最後將兩片陽 極單極板和陰極單極板按設計要求，用環氧樹脂粘結在一起，固化12小時，制 成雙極板。
權利要求
1. 一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，包括用不鏽鋼薄板製成陽極單極板和陰極單極板，將陽極單極板與陰極單極板粘結或焊接在一起製成雙極板，其特徵在於所述的用不鏽鋼薄板製成的陽極單極板和陰極單極板還經過以下表面處理工藝1)表面離子置換處理將用不鏽鋼薄板製成的陽極單極板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換，溶液中的貴金屬離子與不鏽鋼表面的鐵和鎳發生置換反應，貴金屬沉積在不鏽鋼表面形成導電耐腐蝕層，鐵和鎳以離子形式進入溶液；2)表面鈍化處理將步驟1處理過的單極板放入鈍化液中作鈍化處理，鈍化不鏽鋼表面貴金屬顆粒之間的不鏽鋼基體，3)固化步驟2鈍化過的鈍化膜處理。
2、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料龜池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的含有貴金屬離子的溶液是含有銀離子的溶液、含有金離子的溶液和 含有鉑離子的溶液中的任意一種。
3、 根據權利要求2所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的含有銀、金、鉑貴金屬離子的溶液的濃度分別是含有銀離子的溶 液為5-10%的硝酸和濃度為5-15%的硝酸銀的混合溶液；含有鉑離子的溶液為濃度為5-10%的硝酸和濃度為5-15%的氯鉑酸的混合溶液；含有金離子的溶液為濃 度為5-10%的硝酸和濃度為5-15%的氯金酸的混合溶液。
4、 根據權利要求3所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的含有貴金屬離子的溶液中，還含有粒徑為30-100納米的納米級的導 電介質石墨、碳化鈦、氮化鉻中的一種或兩種以上的混合物，含有的濃度為 0.5-lg/L。
5、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的將用不鏽鋼薄板製成的陽極單極板和陰極單極板放入含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換的工藝是將單極板放入含有貴金屬離子的溶液中，溶液溫度保持在30-50攝氏度，處理30-90分鐘後，將單極板用水衝洗乾淨。
6、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的單極板鈍化處理的鈍化液是濃度為30%的硝酸溶液。
7、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的將經過離子置換處理的單極板放入鈍化液中作鈍化處理的工藝是 將經過離子置換處理的單極板放入濃度為30%的硝酸溶液中，硝酸溶液的溫度維持在30-60攝氏度，反應10-30分鐘，取出，用自來水衝洗乾淨。
8、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的單極板鈍化處理的鈍化液中還添加有粒度為0.1-0.5微米的聚四氟乙 烯(PTFE)顆粒，濃度為l-5g/L。
9、 根據權利要求1所述的抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，其特徵 在於所述的將鈍化過的單極板進行固化鈍化膜處理的工藝是將經過鈍化的單極 板放在高溫爐內，在200-250度下恆溫30分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種抗腐蝕燃料電池不鏽鋼雙極板製備工藝，包括用不鏽鋼薄板製成單極板，將單極板製成雙極板，特徵是單極板還經過在含有貴金屬離子的溶液中進行離子置換和表面鈍化處理。本發明的優點是表面處理工藝簡單，操作方便，經過處理的雙極板導電率得到提高，並且具有一定的憎水性。
文檔編號H01M4/88GK101276916SQ20081001145
公開日2008年10月1日 申請日期2008年5月15日 優先權日2008年5月15日
發明者徐洪峰, 潘歡歡, 葛繼平, 紅 趙 申請人:大連交通大學