[发明专利]一种PEMFC不锈钢双极板表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池(PEMFC)不锈钢双极板的表面改性方法，可显著提高质子交换膜燃料电池不锈钢双极板在电池运行条件下的耐腐蚀性和导电性，从而延长双极板的寿命并降低电池内部电阻提高电池输出功率，同时降低了由于不锈钢双极板发生腐蚀而对电池产生的不良影响。

背景技术

质子交换膜燃料电池以氢气或富氢气体为燃料，直接将化学能转化为电能而不受卡诺循环的限制，能量转换效率高；当以纯氢为燃料时，唯一产物为水，几乎对环境零污染；同时，PEMFC还具有可低温快速启动，噪声小，功率密度高等优点，非常适合作为电动汽车动力源、便携式小型电源以及水下动力系统电源等。因而，自上世纪九十年代以来，受到各国政府和能源、汽车、家电和军工等各方面的广泛关注，技术发展迅速。

目前绝大部分的电池组都是按压滤机方式组装的，主体为MEA(燃料电池的膜/电极三合一组件)，双极板及相应的密封件单元的重复。作为PEMFC的主要部件，双极板占电池重量的70％以上，在电池总成本中也接近一半，其作用是分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联起来并通过流场为反应气进出电极及水的排出提供通道等。为了满足这些功能，理想的双极板应当是具有很高的导电性、耐腐蚀性、低密度、高机械强度、高阻气能力、低成本易加工等特性。金属导电导热性能好，资源丰富，而且强度高，可以降低双极板厚度，从而提高PEMFC的功率密度。现有的金属加工工艺成熟，可实现批量化生产，具有低成本的潜力。而且，金属可以防止水腔中冷却剂向电池两极的扩散，尤其适用于可低温启动的燃料电池系统。因此，金属是理想的PEMFC双极板材料，被认为是PEMFC产业化的必然选择。

不锈钢强度高，耐腐蚀性能好，是理想的PEMFC双极板材料。但不锈钢表面自然形成的钝化层电阻很大，用作PEMFC双极板会增加电池的内部电阻，减少了电池能量的输出；而且在PEMFC环境下，不锈钢会发生腐蚀产生铁离子，镍离子等，进而对质子交换膜产生污染，降低电池性能和寿命。

专利CN 02155187涉及的质子交换膜燃料电池金属双极板，由基体金属及其表面导电耐蚀涂层组成，涂层为导电耐蚀的金属氧化物，涂层厚度0.1-50μm。

专利CN 00105765涉及一种不锈钢双极板制备方法，具有导电性的碳化物系金属夹杂物及硼化物系金属夹杂物中的一种以上从钝化膜下的不锈钢内以突出到钝化膜我外面的状态存在，以降低接触电阻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PEMFC不锈钢双极板表面改性方法。将不锈钢双极板在无氰化物镀液中采用双脉冲电镀电源电沉积银-PTFE复合镀层，从而形成表面改性层。经此方法处理后，在不锈钢表面获得了结合力好，致密耐腐蚀，导电性强的改性功能层，从而提高了不锈钢双极板在PEMFC环境下的性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种PEMFC不锈钢双极板表面改性方法，将PTFE乳液与表面活性剂均匀混合后，加入无氰化物镀银溶液中，采用电镀的方式在不锈钢双极板上电沉积银-PTFE复合镀层；

电镀液组成为，烟酸80-150g/L，AgNO₃ 20-55g/L，K₂CO₃ 60-100g/L，KOH 40-65g/L，NH₄AC 60-80g/L，NH₃·H₂O 15-40ml/L，PTFE乳液20-200ml/L，表面活性剂0.2-10g/L。

所述电镀温度为12-35℃，时间0.1-6h；电镀过程采用双脉冲电镀的方式，双脉冲电镀的其正负电流密度比为10∶1-3∶1，正向电流密度为0.01-0.3A/dm²，正向电流时间10-100ms，负向电流时间1-10ms。

所使用的表面活性剂包括阴离子型表面活性剂(如十二烷基磺酸钠，十二烷基苯磺酸钠等)，阳离子型表面活性剂(如FC203，FC04等)和非离子型表面活性剂(如OP-10，Oπ-10等)或其中两种表面活性剂的混合。

本发明具有如下优点：

1.本发明可在不锈钢表面获得了结合力好，致密、耐腐蚀性强、导电性强的改性功能层，从而提高了不锈钢双极板在PEMFC环境下的性能；获得的高性能PEMFC双极板材料，可大大提高双极板在PEMFC中的性能和寿命。