[发明专利]一种质子交换模燃料电池金属双极板湿磨温压烧结方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域的制造方法，具体的是一种质子交换模燃料电池金属双极板压模烧结制备方法。

背景技术

质子交换模燃料电池(PEMFC)是一种能够将氢气与氧气在催化剂的作用下发生电化学反应，不经燃烧，直接将化学能转化成电能的装置。PEMFC具有能量转化率高、功率密度高、环境友好、低温启动、噪音低、体积小等优势。PEMFC主要由三部分构成，即膜电极(MEA)、双极板和电池管理系统。双极板作为PEMFC的关键组成部分，在电池运作过程中起到气体分配、排出反应产物、收集电流和电池热管理的作用，因此双极板质量的好坏将直接决定燃料电池堆输出功率的大小和使用寿命的长短。

目前PEMFC双极板材料的研究主要集中在石墨、金属以及复合材料。通常使用的双极板为机械加工的石墨双极板，技术比较成熟，但是由于石墨板脆性较大，机械加工性能差，以目前的机械加工方式无法实现大批量生产，很难大幅度降低加工成本；同时石墨板不适合在车载工况等恶劣的环境下使用，在很大程度上限制了其使用范围。

与石墨板相比较，金属板则具有良好的导电性、导热性以及好的力学强度和机械加工性。目前对金属双极板材料的研究主要集中在不锈钢材料上。不锈钢具有高导热、导电性，可通过冲压、蚀刻或电解来加工气体流场和冷却水流场，并可加工成薄板，减少电池体积，由此可改善电池的热管理，降低燃料电池堆成本，是一种极具前途的燃料电池双极板基材。但不锈钢材料自身电阻较高，且在燃料电池的高温及PH约2～3的酸性环境下易发生溶解和腐蚀，在金属离子渗透入质子交换膜时会降低膜内离子导电率降低以及腐蚀层会增加燃料电池内阻，直接影响电池的输出性能和使用寿命。为此人们已采取PVD或VCD法在金属表面进行沉积涂层或对不锈钢双极板表面改性处理，以克服上述不足。

随着金属板研究的兴起，对双极板的研究很多，主要集中在金属双极板的加工和金属双极板表面的改性上。对于金属双极板的成型工艺研究，经对现有的文献检索发现，上海交通大学提出并开发了一种基于辊压成型的质子交换模燃料电池金属双极板制造方法，在同一个加工的工艺流程中，能实现单极板流道辊压成形、冲孔等多种连续工位的制造工艺，具有很高的生产效率。但是在滚压过程中，由于金属板与辊子的接触由面接触变成线接触，接触面积急剧减小，容易产生局部压力不均匀，而且在辊子上凸出的流道表痕，在多次挤压之后容易发生轻微位移或变位，从而导致加工精度降低。中国科学院大连物理化学研究所提出的利用油压冲床进行金属双极板的冲压加工，武汉理工大学也提出的利用软膜冲压技术进行金属双极板的冲压生产，由此可见冲压加工能够有效加工出满足燃料电池双极板设计要求的流场流道，且易于生产加工，但是由于双极板的流场通道的尺寸特征极为精密，其设计尺寸小到毫米级别，微小尺度的加工特点与普通冲压极为不同，在制造过程中会表现出极强的尺寸效应。由于在多工位加工过程中，模具的重新定位易产生误差，因此，此类方法一定程度上限制了冲压工艺的发展。

上述提到的金属双极板加工方法易出现加工精度缺陷，辊压接触和多工位模具重新定位时，在金属双极板批量加工生产时尺寸误差出现几率较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种质子交换模燃料电池金属双极板湿磨温压烧结方法，该制备方法能够批量、高效、低成本的制备不锈钢双极板，易于实现金属双极板的批量生产。

为了实现上述目的，本发明主要通过一下技术方案得以解决：

一种质子交换模燃料电池金属双极板湿磨温压烧结方法，其中，包括步骤：

(1)将420不锈钢粉末与316L不锈钢粉末按百分比为(72～68)：(28～32)的比例混合后，加入研磨剂，在球磨机中进行湿磨研磨，研磨时间14～24小时，然后将研磨后的混合料保温在90℃环境中，干燥3～4小时；

(2)将316L不锈钢粉放入球磨机，加入研磨剂进行湿磨研磨，研磨时间10～20小时，然后将研磨后的316L不锈钢湿粉干燥3～4小时，并保温在90℃；

(3)将步骤(1)中干燥后的金属粉料加入添加剂，然后放入搅拌器中将(1)中的金属粉料与添加剂混合均匀，并对混合均匀的金属粉料过筛，得到压制金属双极板毛坯的原材料；

(4)将步骤(2)中干燥后的金属粉料添加添加剂，然后放入搅拌器中将(2)中的金属粉料与添加剂混合均匀，并对混合均匀的金属粉料过筛，得到压制金属双极板毛坯的原材料；