[发明专利]一种燃料电池金属双极板板表面改性层的无微孔处理方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池金属板表面改性层的处理方法。

背景技术

双极板是质子交换膜燃料电池的重要部件，需要同时具备优良的导电性能和耐蚀性能。为了提高电堆的比功率密度，金属材料双极板被认为是燃料电池车用的必然选择。因此，在金属板上制备耐蚀导电涂层意义重大。现有技术中，改性方法具备大批量生产可行性、同时改性层兼具耐蚀和导电性能的技术路线只有两大类：一是电镀贵金属，二是离子镀碳基多层复合膜。现有技术的这两类方法的不足是：电镀会产生大量污染，与燃料电池的绿色理念相悖，而且贵金属成本很高；离子镀碳基复合膜既有很好的耐蚀导电性，也可规模生产，过程环保。但是采用离子镀等物理方法制备的薄膜很难保证没有微孔。在燃料电池的腐蚀环境中，腐蚀介质将通过微孔进入膜层内部甚至达到金属基体，使双极板受到腐蚀损害。腐蚀产生的金属离子还能污染电极，导致电池性能下降；双极板严重腐蚀则会导致穿孔，严重影响镀膜双极板的耐久性及安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温氧化处理镀膜不锈钢双极板的方法，以提高质子交换膜燃料电池用镀膜不锈钢双极板的耐久性及耐蚀性。

本发明的技术方案是：一种燃料电池金属双极板板表面改性层的无微孔处理方法，金属双极板板表面改性层是用物理气相沉积法在不锈钢双极板表面制备的镀膜，其特征在于：所述处理方法包括以下步骤：

1）将完成镀膜的不锈钢双极板先置于空气中1～24小时，使镀膜双极板表面膜层的微孔中吸附存留空气；

2）将经过步骤1）的镀膜不锈钢双极板置于密闭容器中，向容器中通入惰性气体，同时排空容器中的空气，使容器内氧气浓度<0.5%，体积比，使容器中充满惰性气体，保持容器内的压强在1.0×10⁵～10⁸Pa；

3）对容器加热至120～180℃,并保持30～60min，使微孔区域发生氧化反应生成氧化层并填补微孔。

本发明所述一种燃料电池金属双极板板表面改性层的无微孔处理方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气和氦气中的一种或几种的混合气体。

本发明所述一种燃料电池金属双极板板表面改性层的无微孔处理方法用的装置，包括容器和惰性气体源，其特征在于：所述容器是密闭容器，容器上设有加热器、进气口和出气口，进气口和出气口分别设有进气口阀门和出气口阀门，进气口阀门与惰性气体源相连，容器上还设有气压表和氧气检测器。

本发明所述一种燃料电池金属双极板板表面改性层的无微孔处理方法用的装置，其特征在于：所述加热器是可控温加热器。

本发明的原理是：利用镀膜双极板表面膜层的微孔中吸附存留的空气作为氧化物质，在惰性气体环境中，150℃条件下使微孔区域发生氧化反应，利用生成的氧化物填补微孔，提高镀膜双极板的耐久性及耐蚀性，同时防止镀层表面发生氧化而影响导电性。

本发明的有益效果是；

1.针对镀膜不锈钢双极板表面容易腐蚀腐蚀的微孔（无镀层或存在镀层缺陷）进行氧化处理，可防止金属双极板发生点蚀，进而显著提升整个镀膜双极板的耐久性及耐蚀性；

2.针对镀膜不锈钢双极板表面容易腐蚀腐蚀的微孔进行处理，可避免改性膜层的主体表面发生氧化反应导致双极板电阻提高，不会对镀膜双极板性能造成不良影响；

3.装置简单，操作简便。

附图说明

图1是氧化处理装置示意图

附图中，1、容器，2、出气口阀门，3、膜层，4、不锈钢基体，5、可控温加热器，6、惰性气体源，7、进气口阀门，8、气压表，9、氧气检测器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

氧化处理处理装置如图1所示，包括容器1、出气口阀门2、镀膜不锈钢双极板34（膜层3和不锈钢基体4）、可控温加热器5、惰性气体源6、进气口阀门7、气压表8、氧气检测器9，容器1是密闭容器，容器1上设有加热器5、进气口和出气口，进气口和出气口分别设有进气口阀门7和出气口阀门2，进气口阀门7与惰性气体源6相连，容器1上还设有气压表8和氧气检测器9。加热器（5）是可控温加热器。

处理方法是：将完成镀膜的不锈钢双极板先置于空气中12小时，使镀膜双极板表面膜层的微孔中吸附存留空气；将镀膜不锈钢双极板置于容器1中，封闭容器。打开进气口阀门7使惰性气体-氮气从惰性气体源6进入容器1,，同时打开出气口阀门2，使容器1中的空气排空。通过气压表8观察容器1内的压强，通过调节进气口阀门7和出气口阀门2，使容器1中的压强在1.0×10⁵～10⁸Pa。通过氧气检测器9检测容器1中气体的氧气含量，当氧气浓度<0.5%，体积比，关闭进气口阀门7和出气口阀门2，密封容器1。用可控温加热器5加热容器1至150℃并保持30分钟，即完成了镀膜不锈钢双极板表面膜层3的氧化堵孔处理。