[发明专利]一种具有催化作用双极板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属新能源材料领域，特别是涉及一种具有催化作用的质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池由于具有工作温度低、启动快、无腐蚀、不怕震动、能量密度高和输出功率容易调整等突出优点而成为燃料电池的研究开发热点，双极板、催化剂和质子交换膜三大部件的价格昂贵限制了质子交换膜燃料电池推广应用。目前，双极板采用碳板、石墨-树脂、不锈钢等材料，主要考虑导电性能和机械强度，都不具有催化性能。从导电率、机械强度和密度等因素考虑，铝合金可以用作质子交换膜燃料电池的双极板材料，缺点是铝合金非常容易氧化，导致接触电阻增大，采用电镀镍对铝合金进行表面处理可以防止氧化和改善电接性能。质子交换膜燃料电池最理想的电催化剂是铂，但铂资源匮乏、价格昂贵和利用率低，如粒径为12nm的铂粒子中铂的利用率只有10％左右。通过碳载铂、铂合金化和超微化等技术可以提高铂的利用率，利用溶胶法、离子交换法和铂盐直接还原等方法可以在碳载体上获得纳米级铂催化剂，但使用过程中纳米级铂非常容易发生团聚而逐渐变大；传统合金化方法制备的铂基合金中，铂的含量为20～60％，铂的最佳效率约为1g铂/kW功率。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有催化作用铝合金双极板的制备方法。

本发明是通过以下方式实现的：

一种具有催化作用双极板的制备方法，以铝合金为双极板的基体材料，采用电脑雕刻方法制备流场，其特征是通过电沉积镍对铝合金进行表面改性处理，电沉积铂并与镍形成铂合金催化剂，具体包括以下步骤：

1.将已加工流场和预处理的铝合金基体材料在含镍离子溶液中电沉积镍；溶液组成和工艺参数为：七水硫酸镍150～200g/L，氯化钠8～15g/L，硼酸25～35g/L，七水硫酸镁25～35g/L，pH＝3.0～4.0，温度为10～35℃，阴极电流密度0.05～2.0A/dm²；

2.将电沉积镍后的铝合金基体材料，借助微波辐照和超声波振荡等辅助手段在含铂溶液中电沉积铂；溶液组成和工艺参数：以铂计的铂盐含量7～10g/L，氨基磺酸25～80g/L，氨基磺酸铵5～25g/L，pH＝1.0～3.0，温度40～50℃，阴极电流密度0.5～1.5A/cm²；

通过该方法制备的铝合金双极板流道宽度和深度为0.5～1.5mm，镍层厚度为30～50μm，铂合金催化剂粒度为1～5nm；该双极板的耐蚀性优于316不锈钢，与纯镍相当；3mm厚双极板的体积电阻率为4.9～5.0μΩ.cm，是纯镍的一半、316不锈钢的1/10～1/7、石墨板的1/20～1/15；双极板与铂催化剂有机地结合为一体，使双极板具有催化作用，同时减少电池组件，降低了接触电阻，提高了电接触可靠性。

具体实施方式

下面给出本发明的三个最佳实施例：

实施例1

以3mm厚度铝合金为基体材料，采用电脑雕刻方法制备流场，流道宽度和深度为0.5mm；除油和酸洗活化预处理使其表面无油和无氧化膜；采用电沉积镍对铝合金表面进行改性处理，电沉积镍溶液组成和工艺参数：七水硫酸镍150g/L，氯化钠8g/L，硼酸25g/L，七水硫酸镁25g/L，pH＝4.0，温度为35℃，阴极电流密度0.05A/dm²；电沉积铂与镍形成合金催化剂，得到具有催化作用的铝合金双极板，电沉积铂溶液组成和工艺参数：以铂计的铂盐含量7g/L，氨基磺酸25g/L，氨基磺酸铵5g/L，pH＝3.0，温度50℃，阴极电流密度1.5A/cm²；双极板技术参数：流道宽度和深度0.5mm，镍层厚度30μm，铂合金的粒度1nm，3mm厚双极板的体积电阻率4.9μΩ.cm。

实施例2

电沉积镍溶液组成和工艺参数：七水硫酸镍200g/L，氯化钠15g/L，硼酸35g/L，七水硫酸镁35g/L，pH＝3.0，温度为10℃，阴极电流密度2.0A/dm²；电沉积铂溶液组成和工艺参数：以铂计的铂盐含量10g/L，氨基磺酸80g/L，氨基磺酸铵25g/L，pH＝4.0，温度40℃，阴极电流密度1.5A/cm²；双极板技术参数：流道宽度和深度为1.5mm，镍层厚度为50μm，铂合金的粒度为5nm，3mm厚双极板的体积电阻率为5.0μΩ.cm；其它同实施例1。

实施例3

电沉积镍溶液组成和工艺参数：七水硫酸镍180g/L，氯化钠10g/L，硼酸30g/L，七水硫酸镁30g/L，pH＝3.5，温度为20℃，阴极电流密度1.0A/dm²；电沉积铂溶液组成和工艺参数：以铂计的铂盐含量8g/L，氨基磺酸50g/L，氨基磺酸铵20g/L，pH＝1.5，温度45℃，阴极电流密度1.0A/cm²；双极板技术参数：流道宽度和深度为1.0mm，镍层厚度为40μm，铂合金的粒度为2nm，3mm厚双极板的体积电阻率为4.95～5.0μΩ.cm；其它同实施例1。