CN103050712A - 一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，包括将镀碳化铬不锈钢双极板进行脱油、脱脂处理和稀土钝化处理，其特征在于所述稀土钝化处理是将经过脱油、脱脂处理的碳化铬不锈钢双极板置于KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液中处理，然后冲洗、吹干得到钝化后的镀碳化铬不锈钢双极板。本发明的有益效果是：使镀碳化铬不锈钢双极板的腐蚀电流密度显著降低；仅对不锈钢双极板表面进行处理，不影响其机械强度；工艺简单，加工成本低；使用的化学处理液液不含有毒、有害离子，不会造成污染；本发明具有广泛的应用前景。

Description

一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池用不锈钢双极板表面处理技术。
背景技术
现有技术中，燃料电池用的金属双极板多是经过表面处理的。Fronk MatthewHoward et al(US6372376)提出了铝、钛基体上涂覆复合导电层（炭材或导电聚合物＋非水溶性聚合物）的方法，该方法虽然操作比较方便，但提高电导率后复合导电层的应力集中问题不易解决。另有专利报道了对铝两侧覆盖导电聚合物的改性方法，为增强基体与导电聚合物的结合力，必须对铝表面进行机械处理。王宇新等（CN01144972）公开了在石墨蠕虫层中间夹附金属薄板或聚吡咯或聚苯胺网络层的加工方法，该方法的特征在于在两层石墨蠕虫中放置金属板后压力成型或石墨蠕虫压力成型后在中间空隙中电聚合聚苯胺或聚吡咯。由于极板的整体结构是石墨蠕虫,存在机械强度问题。李谋成等在“质子交换膜燃料电池金属双极板”（中国专利号：02155187）中公开了金属表面涂覆导电氧化物的改性方法。曾宪林等在“质子交换膜燃料电池双极板制作方法”（中国专利号：01118343.8）中提出了注塑成型的树脂表面镀覆镍、钛、金等的制作方法。田如锦在“铬碳化物改性铁基金属双极板及其制备方法”（中国专利申请号：201210119210.3）公在开了铁基合金表面离子渗碳和热反应沉积与扩散复合的表面改性方法。M.H.阿布德埃尔哈米德等发明了不锈钢板表面沉积碳化物后激光蚀刻或化学蚀刻方法（“具有高电化学稳定性和改善水管理的金属双极板，中国专利：200610160558.1）”。孙俊才等发明了奥氏体不锈钢双极板表面的“Nb碳化物表面改性燃料电池不锈钢双极板及其制造方法”（中国专利申请号：201210093729.9）。
现有技术的不足是：炭板脆性大、机械强度差，同时加工成本都比较昂贵，其大规模商业化应用存在极大的困难。铝板特别活泼，在PEMFC环境下极易腐蚀，迄今为止还没有合适的改性方法，钛板本身的氧化膜显著增加内阻，通常是电镀金等贵金属，批量生产时加工成本也不易接受。易于加工成型及批量生产的薄层不锈钢板是最有潜力的极板替代材料，但薄层不锈钢板在PEMFC环境下同样存在腐蚀问题。虽然经过表面改性处理的镀有碳化物涂层的薄层不锈双极板的耐蚀性得到改善，但由于制备技术的限制，该膜层总存在一些微孔，导致改性后双极板的耐蚀性还存在一定的问题。因此，开发一种新型的既能提高镀碳化物不锈钢双极板在质子交换膜燃料电池环境下的耐蚀性，又不影响其电性能的改性方法，对延长双极板的使用寿命显得非常必要，并对质子交换膜燃料电池的商业化进程具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单易行的质子交换膜燃料电池镀碳化物膜不锈钢双极板的处理方法，改善镀膜不锈钢双极板在燃料电池环境中的耐蚀性。
本发明的技术方案是：一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，包括将镀碳化铬不锈钢双极板进行脱油、脱脂处理和稀土钝化处理，其特征在于所述稀土钝化处理是将经过脱油、脱脂处理的碳化铬不锈钢双极板置于KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液中处理，然后冲洗、吹干得到钝化后的镀碳化铬不锈钢双极板。
本发明所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液中Ce(NO3)3·6H2的浓度范围为5g/L～25g/L；KMnO4的浓度范围为：25g/L～45g/L；Mg(NO3)2的浓度范围为：50g/L～250g/L。
本发明所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土钝化处理的稀土钝化液的温度为40℃～80℃。
本发明所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土钝化液的pH值在3～7之间。
本发明所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于镀碳化铬不锈钢双极板在稀土钝化液中的处理时间为2min～10min。
本发明的有益效果是：
1、使用本发明处理的镀碳化铬不锈钢双极板，在模拟质子交换膜燃料电池阴、阳环境中的腐蚀电流密度显著降低。
2、本发明仅对不锈钢双极板的镀膜表面进行处理，不改变极板的主体，因而不影响其机械强度。
3、本发明利用含稀土离子的溶液对镀碳化铬不锈钢双极板进行后续处理，制备工艺简单，加工成本低，对加速其商业化进程具有重要的实际意义。
4、本发明使用的化学处理液不含有毒、有害离子，不会造成污染。
5、本发明具有广泛的应用前景。将镀膜后的不锈钢双极板直接在溶液进行简单处理即能显著提高其耐蚀性，该工艺可批量生产，对即将进入商业市场的燃料电池而言，具有广阔的应用前景。
附图说明
本发明共有附图二幅，其中：
图1是本发明方法处理的镀碳化铬不锈钢双极板和不做处理的镀碳化铬不锈钢双极板在模拟电池阳极环境（温度80℃，腐蚀液0.5mol/L H2SO4+2ppmF-溶液，连续通H2）中的极化曲线对比图。
图2是本发明的方法处理的镀碳化铬不锈钢双极板和不做处理的镀碳化铬不锈钢双极板在模拟电池阴极环境（温度80℃，腐蚀液0.5mol/L H2SO4+2ppm F-溶液，连续通空气）中的极化曲线对比图。
附图中，黑色矩形点的曲线是未经过处理的镀碳化铬不锈钢双极板的极化曲线，其余曲线，均是采用本发明方法处理后的镀碳化铬不锈钢双极板的极化曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
钝化液为KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液，钝化液中Ce(NO3)3·6H2的浓度范围为5g/L～25g/L；KMnO4的浓度范围为：25g/L～45g/L；Mg(NO3)2的浓度范围为：50g/L～250g/L。钝化处理温度为40℃～80℃。钝化液的pH值在3～7之间。处理时间为2min～10min。
镀碳化铬不锈钢双极板的前处理：取厚1mm的镀碳化铬不锈钢双极板进行前处理：先放入无水乙醇中超声处理5min，再放入丙酮溶液中超声清洗5min，取出用去离子水清洗后吹干。
实施例1
前处理后的镀碳化铬不锈钢双极板在40℃的pH值为3的25g/L KMnO4+5g/LCe(NO3)3·6H2O+50g/L Mg(NO3)2的稀土钝化液中，处理2min，取出后用去离子水冲洗干净并吹干。将用本方法处理过的镀碳化铬不锈钢双极板和没用本方法处理过的镀碳化铬不锈钢双极板在模拟电池环境中做极化实验，实验在80℃的0.5mol/L H2SO4+5ppm F-溶液中进行，阳极环境下的实验向溶液连续通H2，阴极环境下的实验向溶液连续通空气，极化曲线如图1和图2。结果显示：碳化铬不锈钢双极板经本发明的方法处理后耐蚀性显著提高。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
稀土钝化液的组成改变为70℃的pH值为4的30g/L KMnO4+5g/LCe(NO3)3·6H2O+150g/L Mg(NO3)2的稀土钝化液，处理10min，取出后用去离子水冲洗干净并吹干。将用本方法处理过的镀碳化铬不锈钢双极板和没用本方法处理过的镀碳化铬不锈钢双极板在模拟电池环境中做极化实验，实验在80℃的0.5mol/L H2SO4+5ppm F-溶液中进行，阳极环境下的实验向溶液连续通H2，阴极环境下的实验向溶液连续通空气，极化曲线如图1和图2。结果显示：碳化铬不锈钢双极板经本发明的方法处理后耐蚀性显著提高。
实施例3
与实施例1、2不同之处在于：
稀土钝化液的组成改变为50℃的pH值为5的35g/L KMnO4+5g/LCe(NO3)3·6H2O+250g/L Mg(NO3)2的稀土钝化液中，处理8min，取出后用去离子水冲洗干净并吹干。同样做模拟电池环境下的极化实验，极化曲线如图1和图2。结果显示：碳化铬不锈钢双极板经本发明的方法处理后耐蚀性显著提高。
实施例4
与实施例1、2、3不同之处在于：
稀土钝化液的组成改变为40℃的pH值为7的40g/L KMnO4+10g/LCe(NO3)3·6H2O+150g/L Mg(NO3)2的稀土钝化液中，处理8min，取出后用去离子水冲洗干净并吹干。同样做模拟电池环境下的极化实验，极化曲线如图1和图2。结果显示：碳化铬不锈钢双极板经本发明的方法处理后耐蚀性显著提高。
实施例5
与实施例1、2、3、4不同之处在于：
稀土钝化液的组成改变为40℃的pH值为5的45g/L KMnO4+20g/LCe(NO3)3·6H2O+100g/L Mg(NO3)2的稀土钝化液中，处理10min，取出后用去离子水冲洗干净并吹干。同样做模拟电池环境下的极化实验，极化曲线如图1和图2。结果显示：碳化铬不锈钢双极板经本发明的方法处理后耐蚀性显著提高。

Claims (5)

1.一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，包括将镀碳化铬不锈钢双极板进行脱油、脱脂处理和稀土钝化处理，其特征在于所述稀土钝化处理是将经过脱油、脱脂处理的镀碳化铬不锈钢双极板置于KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液中处理，然后冲洗、吹干得到钝化后的镀碳化铬不锈钢双极板。
2.按照权利要求1所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述KMnO4+Ce(NO3)3·6H2+Mg(NO3)2的稀土钝化液中Ce(NO3)3·6H2的浓度范围为5g/L～25g/L；KMnO4的浓度范围为：25g/L～45g/L；Mg(NO3)2的浓度范围为：50g/L～250g/L。
3.按照权利要求1所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土钝化处理的稀土钝化液的温度为40℃～80℃。
4.按照权利要求1所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于所述稀土钝化液的pH值在3～7之间。
5.按照权利要求1所述一种提高燃料电池用镀碳化铬不锈钢双极板耐蚀性的方法，其特征在于镀碳化铬不锈钢双极板在稀土钝化液中的处理时间为2mi n～10mi n。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106486683A (zh) * 2015-08-31 2017-03-08 纳米及先进材料研发院有限公司 磷酸镁水泥基双极板复合材料

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1786270A (zh) * 2005-11-08 2006-06-14 大连理工大学 一种镁合金表面处理方法
CN1971991A (zh) * 2005-11-23 2007-05-30 通用汽车环球科技运作公司 具有高电化学稳定性和改善水管理的金属双极板
CN101225517A (zh) * 2008-02-22 2008-07-23 陈东初 镁合金表面制备耐腐蚀性钝化膜的无铬处理液及其使用方法
CN101578389A (zh) * 2006-12-28 2009-11-11 株式会社捷太格特 高耐腐蚀性构件及其制造方法
CN102054993A (zh) * 2009-11-04 2011-05-11 逢甲大学 表面覆有碳膜的金属材料
CN102776510A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 上海交通大学 一种在不锈钢表面制备含金刚石碳膜的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1786270A (zh) * 2005-11-08 2006-06-14 大连理工大学 一种镁合金表面处理方法
CN1971991A (zh) * 2005-11-23 2007-05-30 通用汽车环球科技运作公司 具有高电化学稳定性和改善水管理的金属双极板
CN101578389A (zh) * 2006-12-28 2009-11-11 株式会社捷太格特 高耐腐蚀性构件及其制造方法
CN101225517A (zh) * 2008-02-22 2008-07-23 陈东初 镁合金表面制备耐腐蚀性钝化膜的无铬处理液及其使用方法
CN102054993A (zh) * 2009-11-04 2011-05-11 逢甲大学 表面覆有碳膜的金属材料
CN102776510A (zh) * 2012-08-20 2012-11-14 上海交通大学 一种在不锈钢表面制备含金刚石碳膜的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106486683A (zh) * 2015-08-31 2017-03-08 纳米及先进材料研发院有限公司 磷酸镁水泥基双极板复合材料

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