[发明专利]一种燃料电池用钛基板的表面改性方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用钛基板的表面改性方法，步骤包括：依次在碱液、酸液、去离子水以及有机溶剂中对钛基板进行超声，将其干燥后置入真空箱中；在酸性AlCl₃‑BMIC离子液体中，以处理后的钛基板为阳极，铝为对电极，铂为参比电极，进行阳极活化，并用有机溶剂洗净后干燥；在[BMIM]BF₄‑CuCl₂离子液体中，以活化后的钛基板为阴极，铜为阳极，进行电沉积镀铜；在含石墨烯的KCl溶液中，对镀铜后的钛基板进行氧化石墨烯的沉积。本发明采用阳极活化技术处理钛基板，能够有效去除钛表面氧化膜，得到新鲜的钛表面；在钛基体预镀致密铜镀层，既是对活化钛表面的保护，同时保证了基体与后续石墨烯涂层的结合力；采用电沉积镀层的方式对钛基板进行表面改性，工艺简单易于操作。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池用钛基板的表面改性方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的装置，其生成物只有水，具有能量转换效率高，无污染、服役寿命长、功率密度高等有点，目前已成为电池储能技术方向的研究热点。

双极板作为PEMFC的关键部件之一，具有收集和传导电流、分隔燃料和氧化物、输送气体、传热和支撑电堆等功能，这就要求极板具有良好的导热导电性、优异的耐酸腐蚀性以及较高的机械强度。常用的双极板包括石墨双极板、金属双极板和复合双极板。其中，金属双极板主要的基材为不锈钢、铝基或钛基，相对于不锈钢和铝基金属板，钛基金属板耐蚀性更好，但导电性较差，因此需要对其进行改性以满足其在PEMFC中服役。目前，主要的改性方法为在基材表面制备涂层，包括贵金属(金、银、铂)涂层、金属氮化物涂层、碳基涂层等。

目前钛基材多采用机械抛光或化学抛光前处理，例如：专利CN111370722A采用机械抛光方式对钛基板进行前处理，并通过PVD方式在钛基材上沉积铬氮镀层；专利CN111244493A采用化学抛光的方式进行前处理，之后通过电弧离子镀的方式在钛基材表面沉积Nb等非贵金属。然而机械抛光处理后基材表面易留下较深的划痕，且砂纸成分易残留在基体表面；化学抛光处理的反应难以控制，易发生过腐蚀；这两种方式都不利于后续镀层的均匀沉积以及与基体良好结合。

目前钛基材表面涂层的制备方式主要为电弧镀、磁控溅射、物理或化学气相沉积，例如：专利CN106654315B采用钛双极板作基体，使用磁控溅射设备和方法，在自溅射清洗后的钛双极板基体表面上依次沉积镍层或镍铬层、第一金层、第一石墨烯层、第二金层和第二石墨烯层。然而镀层制备工艺复杂，对设备要求较高，且成本较高，不利于大规模应用。

因此，亟需一种燃料电池用钛基板的表面改性方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种燃料电池用钛基板的表面改性方法，通过离子液体中阳极活化技术，有效去除钛表面氧化膜，得到表面平整的新鲜钛基底；而后通过电沉积的方式在钛基底上制备了Al-Mn-CNT复合镀层，制备得到的含镀层钛基板具有高导电性、高导热性及良好的耐酸腐蚀性能，可用作质子交换膜燃料电池双极板。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

提供一种燃料电池用钛基板的表面改性方法，步骤包括：

步骤S1、依次在碱液、酸液、去离子水以及有机溶剂中对钛基板进行超声，对超声结束后的钛基板进行干燥后，将其置入真空箱中；

步骤S2、在酸性AlCl₃-BMIC离子液体中，以经步骤S1处理后的钛基板为阳极，铝为对电极，铂为参比电极，对经步骤S1处理后的钛基板进行阳极活化，并用有机溶剂洗净后干燥；

步骤S3、在[BMIM]BF₄-CuCl₂离子液体中，以经步骤S2活化后的钛基板为阴极，铜为阳极，对经步骤S2活化后的钛基板进行电沉积镀铜；