[发明专利]一种双极板的制备方法和应用

说明书

本申请提供了一种双极板的制备方法和应用，包括：(1)对不锈钢进行加工，得到初级板材；(2)在氢气氛围中，将该初级板材与复合材料混合进行合金，得到复合板材；(3)将复合板材进行激光焊接、整形，得到双极板；所述复合材料包括铬源(铬、氯化铬)、镁铝共晶合金和分散剂。本申请通过在氢气气氛中，对制备双极板的板材表面进行粉末表面合金，使其生成复合板材，具有较好的耐腐蚀性；同时，在制备双极板时，也不会因为焊接和整形进行脱落和腐蚀；同时，在整形后，会将两个板材进行融合，使其成为一个整体，避免漏气漏液等现象的发生。

技术领域

本申请涉及双极板技术领域，具体涉及一种双极板的制备方法和应用。

技术背景

燃料电池双极板又称流场板，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分割氧化剂和还原剂等作用。同时，双极板还要具有散热性能好、耐蚀性强、抗震性好等要求。

燃料电池常采用的双极板包括石墨碳板、金属双极板、复合双极板三类。目前，技术最成熟应用最广泛的为石墨碳板。但石墨碳板存在厚度厚、抗震性能差等问题，只能装载于公共交通、重卡等大型车燃料电池电堆中，无法应用于普通小型乘用车。

金属双极板可以采用不锈钢薄板冲压制成，具有厚度低、质量轻、抗震性好、价格低廉等一系列优点。但单纯的不锈钢双极板无法满足燃料电池对双极板的腐蚀性能要求，这是限制金属双极板使用的最大难题。

铬作为不锈钢、高温合金等金属中的主要抗腐蚀合金元素，其具有极强的抗腐蚀性能。在不锈钢表面扩散一层铬层，其耐腐蚀性能将数十倍的提高。同时，铬的电导率、热导率均优于不锈钢，在不锈钢表面扩散一层铬层后，不锈钢双极板的整体热导率、电导率不会发生下降。传统不锈钢表面渗铬工艺通过添加氯化铵为催化剂，这会导致零件表面出现粘粉粗糙度变大的现象，最终使得零件外观光洁度无法满足使用要求。同时氯化铵分解出大量的氨气和氯化氢气体，渗铬过程极易发生安全事故。

发明内容

针对上述存在的技术局限性，本申请提出了一种双极板的制备方法；本申请通过在氢气气氛中，对制备双极板的板材表面进行粉末表面合金，使其生成复合板材，具有较好的耐腐蚀性；同时，在制备双极板时，也不会因为与边框焊接和整形进行发生脱落和腐蚀；同时，在整形后，会将两个板材进行融合，使其成为一个整体，避免漏气漏液等现象的发生。

为实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的发明点是提供一种双极板的制备方法，包括：(1)对不锈钢进行加工，得到初级板材；(2)在氢气氛围中，将该初级板材与复合材料混合进行合金化，得到复合板材；(3)将复合板材与边框进行激光焊接、整形，得到双极板；所述复合材料包括铬、氯化铬、镁铝共晶合金和分散剂。

可选地，所述复合材料为粉末；所述粉末的粒径为50～500目。

可选的，所述复合材料包括：以质量计，铬20～60份，氯化铬5～20份，分散剂30～70份，镁铝共晶合金0.1～5份。

可选的，合金的条件为：温度850～980℃，时间2～20小时。

可选地，整形的温度为880～1050℃，整形的时间大于10min。

可选地，所述初级板材的材质包括304不锈钢、304L不锈钢、310不锈钢、310L不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢、347不锈钢中的至少一种；所述分散剂包括氧化铝、氧化硅、氧化镁中的至少一种。

本申请的另一个发明点是，提供一种根据上述制备方法得到的双极板。

可选地，复合板材包括初级板材和位于初级板材表面的合金层；所述合金层的厚度为0.1μm～30μm。

可选地，所述合金层包括：以质量计，铬35％～85％、铁10％～50％、镍1％～10％、铝1％～10％、微量金属元素0～5％。