[发明专利]质子交换膜燃料电池用双极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及一种质子交换膜燃料电池的双极板及其制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)不仅具有一般燃料电池所具有的高效率、无污染、无噪声、可连续工作的特点，而且还具有功率密度高、工作温度低、启动快、使用寿命长等优点。在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，已引起越来越多国家和企业的重视。目前制约PEMFC产业化发展的关键因素是成本与寿命。

双极板是质子交换膜燃料电池的关键材料之一。石墨双极板孔隙率大、机械强度低、加工性能差、成本高；金属材料双极板的强度高、加工性能好，具有气体不透过性，能够阻隔氧化剂和还原剂，可制成很薄的双极板（最薄厚度可达0.1mm～0.3mm），相对于石墨双极板，能大幅度提高电池组的比能量和比功率，且可显著降低双极板的成本。但是，金属材料在燃料电池工作环境中易于发生腐蚀或钝化，降低了电池性能，目前在金属双极板表面制备耐蚀、低接触电阻涂层是解决这一问题的主要方法。

现有金属双极板的防护涂层主要有：贵金属涂层、金属碳化物或氮化物涂层、石墨涂层、导电聚合物涂层等。采用贵金属及其化合物做涂层材料虽然防护效果较好，但制造成本较高。而采用TiN、TiC等金属碳化物或氮化物涂层和石墨涂层，电导率高，也能起到防止基材腐蚀，并降低接触电阻的作用，成本相对较低，但目前的热喷涂等工艺制备的涂层多存在缺陷，制备方法仍需进一步探索。

导电聚合物由于兼具有耐蚀性和导电性，是一种优良的双极板防护涂层，有着很好的应用前景。但目前制备的导电聚合物在合成过程中易存在一些微观缺陷，从而影响了涂层/合金体系的耐蚀与导电性能。在涂层中加入固体氧化物颗粒，一方面可降低涂层孔隙，另一方面合适的氧化物可提高导电聚合物合成的催化活性；但一般的氧化物在质子交换膜燃料电池的弱酸性环境中易发生溶解，会降低导电聚合物的稳定性，从而降低防护涂层的稳定性使金属双极板的使用寿命减短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种成本低廉、密度小、耐腐蚀且化学稳定性好的质子交换膜燃料电池用双极板，以及一种制备工艺简单且制备快速的质子交换膜燃料电池用双极板的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种质子交换膜燃料电池用双极板，包括一金属基板，其特征在于，所述金属基板表面沉积有一聚吡咯-纳米SnO₂复合导电涂层。

二氧化锡(SnO₂)为半导体氧化物，化学性质稳定，难溶于酸或碱，具有较宽的pH稳定区间。质子交换膜燃料电池的工作温度约为80℃，其工作环境中主要含有少量的F^-、SO₄^2-和Cl^-等腐蚀性离子，为弱酸性环境，SnO₂可稳定存在，且它的半导体特征有可能改善涂层的导电性。

作为本发明的双极板的进一步改进：

上述的质子交换膜燃料电池用双极板中，所述金属基板为不锈钢基板。

上述的质子交换膜燃料电池用双极板中，所述纳米SnO₂ 均匀分散于所述聚吡咯-纳米SnO₂复合导电涂层中。

上述的质子交换膜燃料电池用双极板中，所述纳米SnO₂的平均粒径优选为10 nm～25 nm。

上述的质子交换膜燃料电池用双极板中，所述聚吡咯-纳米SnO₂复合导电涂层的厚度优选为10μm～20μm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述质子交换膜燃料电池用双极板的制备方法，包括以下步骤：

（1）材料准备：准备一金属基板及纳米SnO₂粉体；

（2）配制纳米SnO₂溶液：将所述纳米SnO₂粉体超声波分散到吡咯与十二烷基苯磺酸钠的混合溶液中，配制成纳米SnO₂合成溶液；

（3）沉积复合导电涂层：将上述纳米SnO₂合成溶液作为电解液，金属基板作为阳极，铂片作为阴极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用恒电流方法在所述金属基板表面沉积一聚吡咯-纳米SnO₂复合导电涂层，即得到所述质子交换膜燃料电池用双极板。

作为本发明的制备方法的进一步改进：