[发明专利]一种PEM水电解双极板及制备方法

说明书

本发明公开一种PEM水电解双极板及制备方法，属于水电解制氢领域。包括金属复合板体，所述金属复合板体由泡沫镍和含钛浆料组成，所述含钛浆料填充在泡沫镍内部，同时所述泡沫镍外表面涂覆有含钛浆料形成的含钛物质层；所述金属复合板体的上下两表面均设置球形脱氢钛粉层，其中一面的球形脱氢钛粉层上设置功能涂层，所述功能涂层形成双极板的流场结构；所述含钛浆料和所述功能涂层中包含球形雾化钛粉。所述PEM水电解双极板具有优异的导热性、导电性、耐蚀性，板体更轻，满足水电解双极板的工作要求。

技术领域

本发明属于水电解制氢领域，具体涉及一种PEM水电解双极板及制备方法。

背景技术

随着全社会对环境保护越来越重视，对于氢能的使用也逐渐受到关注。水电解制氢技术因为可以安全高效的获得氢气而备受青睐。水电解制氢的设备是电解槽，可以通过电能将水电解成氢气和氧气。氢气和氧气分别位于双极板两侧。双极板作为电解槽的核心部件之一，直接影响到整个电解槽的性能。

双极板是质子交换膜水电解技术的关键技术之一，双极板上具有流场结构，流场结构包括流道脊背、扰流柱、氢氧框、过桥区，除此之外，双极板上还包括流道沟槽、处扰流柱的其他扰流区以及氢氧腔，流道脊背、流道沟槽、氢氧框、过桥区以及含有扰流柱的扰流区形成双极板的流场结构。它在水电消化池中具有支撑、气体隔离、传导和散热功能，因此，对双极板材料的机械性能、导电性、导热性、化学稳定性和成本都有很高的要求，研究低成本、高化学稳定性、高导电性的双极板具有重要意义。常用的双极板材料有三种：石墨材料、复合材料和金属材料。石墨材料价格低廉，加工工艺简单，但石墨的力学性能较差，在高压下易破碎；复合材料的化学稳定性良好，但导电、电热和机械性能较差。传统的工艺制备水电解双极板，一般采用纯钛或者其他高导电性的复合材料，制备成本高，工艺复杂，需要单独或者额外加工水电解沟槽、流道等部分，在进行加工，造成大量的材料浪费，因此研究如何提高水电解双极板制备成本和性能，是水电解发展的重中之重。

现阶段水电解双极板的生产工艺仍停留在单批次或者加工材料的连续制备上，却不能连续批量化生产水电解双极板，研究如何实现水电解双极板的连续批量化生产，迎合水电解发展的需求，开发水电解双极板的连续批量化生产，是解决当前水电解快速发展应用的重要方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种PEM水电解双极板及制备方法，包括复合板体和功能层，板体为泡沫镍和钛浆料混合热压制成的复合板体，功能层为通过等离子喷涂加模具印刷方式制备而成具有流场结构的钛层。本发明可实现复合板整体面的均匀性，在整套产线中，可实现卷材的连续化处理，避免了水电解双极板的常规的复杂处理。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本发明提供了一种PEM水电解双极板，包括金属复合板体，所述金属复合板体由泡沫镍和含钛浆料组成，所述含钛浆料填充在泡沫镍内部，同时所述泡沫镍外表面涂覆有含钛浆料形成的含钛物质层；所述金属复合板体的上下两表面均设置球形脱氢钛粉层，其中一面的球形脱氢钛粉上设置功能涂层，所述功能涂层形成双极板的流场结构；所述含钛浆料和所述功能涂层中包含球形雾化钛粉。

进一步地，所述球形雾化钛粉的粒径为20-50μm；所述球形脱氢钛粉的粒径为30-100μm；所述球形脱氢钛粉层中含有微孔，所述微孔的孔径为100nm-10μm的孔，所述微孔均通过制备过程中流量、频率、次数等参数控制并结合球形脱氢钛粉粒径控制得到，最终通过显微镜等精密测量仪器测量得出。

进一步地，所述泡沫镍的厚度为2-4mm，孔径为0.1mm-10mm，孔隙率为50％-98％，通孔率为≥98％，体积密度为0.1-0.8g/cm³；所述泡沫镍外表面的含钛浆料层的厚度为0.5-1mm；所述球形脱氢钛粉层的厚度为0.1-0.3mm，所述功能涂层的厚度为0.2-0.5mm。

本发明还提供了一种PEM水电解双极板的制备方法，所述制备方法包含以下步骤：