[发明专利]一种带涂层的质子交换膜燃料电池金属流场板

说明书

本发明实施例公开一种带涂层的质子交换膜燃料电池金属流场板，包括金属基板和设置于金属基板上的涂层；涂层包括铂层、第一复合石墨烯层、聚乙炔层和第二石墨烯层；铂层设置于金属基板上；第一复合石墨烯层设置于铂层上，包括还原氧化石墨烯层和氮化钛纳米颗粒，氮化钛纳米颗粒的质量占还原氧化石墨烯质量的2‑5%，在第一复合石墨烯层中，一部分氮化钛纳米颗粒位于还原氧化石墨烯层内，另一部分氮化钛纳米颗粒伸出还原氧化石墨烯层的上下两个表面外；聚乙炔层设置于第一复合石墨烯层上；第二石墨烯层设置于最后一次交替重复设置的聚乙炔层上。该金属流场板中涂层与金属基板结合牢固，不易剥落，防腐蚀性能佳，并且电阻低。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种包括涂层的质子交换膜燃料电池金属流场板。

背景技术

燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂通过电极反应直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton exchange membrane fuel cells)是以固体质子交换膜为电解质，氢气或甲醇为燃料，空气或氧气为氧化剂的燃料电池。PEMFC的核心是MEA（膜电极组件）和双极板，MEA是电化学反应的场所，双极板实现气体均匀分配、收集电流以及排水。为了气体分配和收集电流，双极板通常需具有良好的导电性能、导热性能、抗燃料和氧化剂的穿透性和在电化学环境中的抗腐蚀性能等。双极板包括配对的两个流场板，流场板多种多样，常见的有多孔体流场和由各种金属网构造的网状流场板，点状、部分蛇型流场板、交指状流场等。

流场板的材料通常采用石墨或者金属。石墨材料的脆性和机加工性能较差，并且重量占整个燃料电池的总重量的比重过高，成本也过高，从而限制了其工业化生产。相对而言，金属材料的导电、导热性能较好，强度高，较容易实现批量化生产。但金属流场板也存在缺点，即质子交换膜燃料电池再工作时金属流场板中的各种元素或离子，例如不锈钢流场板中的铁离子，容易被洗脱出来，从而污染MEA，毒害电池中的催化剂，影响电池的性能和使用寿命。同时，金属流场板表面形成氧化物膜或钝化膜引起接触电阻增加，降低燃料电池的电压，也影响了电池的性能。

现有技术中通常会在金属流场板的表面涂覆一层导电且耐腐蚀的涂层，以此来保护金属流场板，同时尽量减少涂层与金属板的接触电阻对电池性能的影响。然而，涂层中不可避免的会产生孔隙，这些孔隙使得电解质溶液能够穿过涂层到达金属流场板，腐蚀金属流场板，故而防腐性能较差，影响质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种新的包括涂层的质子交换膜燃料电池金属流场板，以降低电解质溶液对于金属流场板的腐蚀作用，降低涂层的电阻。

具体地，提供一种一种带涂层的质子交换膜燃料电池金属流场板，包括金属基板和设置于所述金属基板上的涂层；所述金属基板为厚度为100-200um，所述金属基板上具有深度为50-120um的流道；所述涂层包括铂层、第一复合石墨烯层、聚乙炔层和第二石墨烯层；所述铂层设置于所述金属基板上，厚度为13-25nm；所述第一复合石墨烯层设置于所述铂层上，包括还原氧化石墨烯层和氮化钛纳米颗粒，厚度为4.24-15nm，其中，氮化钛纳米颗粒的质量占还原氧化石墨烯质量的2-5%，在所述第一复合石墨烯层中，一部分氮化钛纳米颗粒位于所述还原氧化石墨烯层内，另一部分氮化钛纳米颗粒伸出所述还原氧化石墨烯层的上下两个表面外；所述聚乙炔层设置于所述第一复合石墨烯层上，厚度为12-22nm；所述聚乙炔层上交替重复设置所述第一复合石墨烯层和所述聚乙炔层，重复的次数为3-8次；所述第二石墨烯层设置于最后一次交替重复设置的聚乙炔层上，所述第二石墨烯层的厚度为1.675-3.35nm。