[发明专利]一种抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用双极板的制作技术。

背景技术

燃料电池双极板(包括流场)是燃料电池关键部件之一。目前双极板主要有金属型双极板和石墨型双极板。金属双极板，包括不锈钢、铝和钛板等材料的双极板。但是，金属在质子交换膜燃料电池工作条件下耐腐蚀性较差，容易腐蚀溶解出金属离子污染电解质膜和生成钝化膜增大接触电阻，所以金属双极板，必须进行表面防腐和导电处理。传统的方法有镀贵金属，氮化钛和直接表面等离子氮化等。传统方法的不足是，一、成本高，二、镀膜与基体的膨胀系数大小不一样，在燃料电池变温度工况下，镀膜容易破碎脱落，三、镀膜很难做到致密无针孔，因此会形成小孔腐蚀。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，采用化学转化法，在不锈钢表面转化膜中间植入微量的贵金属、石墨或氮化钛等导电介质，形成导电网络，解决不锈钢表面的抗腐蚀和导电的矛盾。本发明的技术方案是：一种抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，包括用不锈钢薄板制成阳极单极板和阴极单极板，将阳极单极板与阴极单极板粘结或焊接在一起制成双极板，其特征在于所述的用不锈钢薄板制成的阳极单极板和阴极单极板还经过以下表面处理工艺：1)表面离子置换处理：将用不锈钢薄板制成的阳极单极板和阴极单极板放入含有贵金属离子的溶液中进行离子置换，溶液中的贵金属离子与不锈钢表面的铁和镍发生置换反应，贵金属沉积在不锈钢表面形成导电耐腐蚀层，铁和镍以离子形式进入溶液；2)表面钝化处理：将步骤1处理过的单极板放入钝化液中作钝化处理，钝化不锈钢表面贵金属颗粒之间的不锈钢基体，3)固化步骤2钝化过的钝化膜处理。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的含有贵金属离子的溶液是含有银离子的溶液、含有金离子的溶液和含有铂离子的溶液中的任意一种。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的含有银、金、铂贵金属离子的溶液的浓度分别是：含有银离子的溶液为5-10％的硝酸和浓度为5-15％的硝酸银的混合溶液；含有铂离子的溶液为浓度为5-10％的硝酸和浓度为5-15％的氯铂酸的混合溶液；含有金离子的溶液为浓度为5-10％的硝酸和浓度为5-15％的氯金酸的混合溶液。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的含有贵金属离子的溶液中，还含有粒径为30-100纳米的纳米级的导电介质石墨、碳化钛、氮化铬中的一种或两种以上的混合物，含有的浓度为0.5-1g/L。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的将用不锈钢薄板制成的阳极单极板和阴极单极板放入含有贵金属离子的溶液中进行离子置换的工艺是：将单极板放入含有贵金属离子的溶液中，溶液温度保持在30-50摄氏度，处理30-90分钟后，将单极板用水冲洗干净。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的单极板钝化处理的钝化液是浓度为30％的硝酸溶液。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的将经过离子置换处理的单极板放入钝化液中作钝化处理的工艺是：将经过离子置换处理的单极板放入浓度为30％的硝酸溶液中，硝酸溶液的温度维持在30-60摄氏度，反应10-30分钟，取出，用自来水冲洗干净。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的单极板钝化处理的钝化液中还添加有粒度为0.1-0.5微米的聚四氟乙烯(PTFE)颗粒，浓度为1-5g/L。

本发明所述的抗腐蚀燃料电池不锈钢双极板制备工艺，其特征在于所述的将钝化过的单极板进行固化钝化膜处理的工艺是将经过钝化的单极板放在高温炉内，在200-250度下恒温30分钟。

本发明的优点是：表面处理工艺简单，操作方便，经过处理的双极板导电率得到提高，并且具有一定的憎水性。

具体实施方式

实施例1

利用模具将0.1mm厚的316L不锈钢薄板冲压成阳极单极板和阴极单极板。将单极板浸入碱洗液(5％的NaCO3，0.06％的十二烷基磺酸钠)中超声震荡30min，洗掉上面的油污，然后将其放入酸洗液(HCl40g/L，十二烷基硫酸钠0.06g/L)中超声震荡15min，洗去表面氧化物。随后放入10％的硝酸和5％硝酸银混合水溶液中处理30分钟，取出，用去离子水冲洗干净，再放入含硝酸为30％水溶液中处理10分钟。取出冲洗干净。高温炉250度处理30分钟最后将两片阳极单极板和阴极单极板按设计要求，用环氧树脂粘结在一起，固化12小时，制成双极板。