CN103633338A - 一种双极板金属网流场的处理方法 - Google Patents

一种双极板金属网流场的处理方法 Download PDF

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Abstract

一种双极板金属网流场的处理方法，包括耐蚀处理和导电处理，其特征在于；所述耐蚀处理是对双极板金属网流场进行钝化处理或氧化处理；所述导电处理是将经过耐蚀处理的双极板金属网流场两侧接触面的进行离子轰击镀膜处理，所述离子轰击镀膜处理的镀膜为导电耐蚀膜。有益效果是；经过处理的金属网流场耐蚀性和导电能力得到提高，可大幅度提升电堆的性能和比功率密度；流场原材料成本低廉，氧化/钝化处理及镀膜过程成本也很低；氧化/钝化处理及镀膜工艺成熟，适用于批量生产和质量保证。

Description

一种双极板金属网流场的处理方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池双极板主要分为三大类：1.在硬石墨板上通过机械雕刻出流场的双极板；2.金属薄板冲压出流场的双极板；3.碳粉、树脂等混合后模压成型双极板。此外，还有膨胀石墨浸渍树脂后冲压成型双极板等。
现有技术的双极板的缺点是：与双极板流场凸起处对应的膜电极上的反应气浓度很小，这部分电池面积对整体性能的贡献很小，影响电池性能的有效提升。造成这一缺点的原因是：双极板流场凸起的台阶是不透气的，反应气在流场沟槽内流动并传递到对应的膜电极表面，而通过流场凸起处的膜电极在电堆紧固力作用下发生形变导致该处的反应气浓度很低，甚至被液态水堵塞，无反应气。为克服现有技术的这一缺点，提出了具有双层结构的双极板，其上层是金属网气体流场，下层是金属流场板。这种双层结构的双极板的不足是金属网气体流场的金属网的耐蚀性和导电性在燃料电池环境下，易被腐蚀。现有技术有用离子镀对金属板表面镀改性保护层的技术，但是采用离子镀方法制备的镀层很难保证气体流场的金属网的所有部位都能镀上改性保护层。在燃料电池环境下，未被保护的多孔金属流场部位会遭受腐蚀，产生的金属离子也会污染电极导致电池性能下降。
发明内容
本发明的目的是提供气体流场的金属网的处理方法，用来改善气体流场的金属网的耐蚀性和导电性。
本发明的技术方案是：一种双极板金属网流场的处理方法，包括耐蚀处理和导电处理，其特征在于；所述耐蚀处理是对双极板金属网流场进行钝化处理或氧化处理；所述导电处理是将经过耐蚀处理的双极板金属网流场两侧接触面的进行离子轰击镀膜处理，所述离子轰击镀膜处理的镀膜为导电耐蚀膜。
本发明所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述双极板金属网流场的金属网是泡沫镍、不锈钢网、钛网和钛合金网中的一种，网的孔径为10μm～1mm。
本发明所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述氧化处理为：将双极板金属网流场在温度为500-700℃，氧化时间为30-210min，氧化环境为1.01×105Pa氧气环境下处理。
本发明所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述钝化处理为将双极板金属网流场置于钝化液中处理。
本发明所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述离子轰击镀膜处理是：在10-3-10-2kPa氩气下，辉光放电等离子体环境中轰击表面5-60min，然后在10-3-10-2kPa氩气下，电弧放电等离子体环境中镀膜5-30min。
本发明所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述辉光放所述电弧放电等离子体环境中镀膜镀的是碳膜、碳锆膜和碳钛膜中的一种
本发明的有益效果是；
1、经过处理后可保证金属网流场在燃料电池运行环境下的耐蚀性和导电能力，使金属网气体流场的应用成为可能，可显著提升与流场凸起处对应的膜电极在电堆组装条件下的反应气浓度，进而提升电极在实际电堆运行过程中的有效面积，大幅度提升电堆的性能和比功率密度；
2、流场原材料成本低廉，氧化/钝化处理及镀膜过程成本也很低；
3、氧化/钝化处理及镀膜工艺成熟，适用于批量生产和质量保证。
附图说明
图1为制备双极板流场用的金属网示意图。
图中，1.导电耐蚀膜；2.防腐处理的流场本体。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
双极板金属网流场的处理方法，先对双极板金属网流场进行钝化处理或氧化处理；再对经过耐蚀处理的双极板金属网流场两侧触面进行离子轰击镀膜处理，离子轰击镀膜处理的镀膜为导电耐蚀膜1。
实施例1：
双极板金属网流场为泡沫镍制成，泡沫镍孔径尺寸50μm。首先通过氧化提高耐蚀性，氧化条件：氧化温度为500℃，氧化时间为30分钟，氧化环境为1.01×105Pa氧气。再进行离子轰击镀膜处理，使两侧接触面导电、耐蚀：在5Pa氩气下，辉光放电等离子体环境中轰击表面20min，然后在10Pa氩气下，电弧放电等离子体环境中镀膜30min。镀膜是碳膜。
实施例2：
双极板金属网流场为钛合金网制成，钛合金网孔径尺寸1mm。
首先通过钝化提高耐蚀性，条件：钝化液为30%硝酸溶液，钝化温度为60摄氏度，钝化时间为30分钟。
再进行离子轰击镀膜使两侧接触面导电、耐蚀：在2Pa氩气下，辉光放电等离子体环境中轰击表面10分钟，然后在5Pa氩气下，电弧放电等离子体环境中镀膜10分钟。镀膜是碳钛膜。
实施例3
制备双极板流场用的金属网为不锈钢网，孔径尺寸1mm。
首先通过钝化提高耐蚀性，条件：钝化液组成为10g/L氢氧化钠、15g/L碳酸钠，50g/L磷酸钠，5g/L硅酸钠和1g/L高锰酸钾，钝化温度为80℃，钝化时间为20分钟。再进行再进行离子轰击镀膜使两侧接触面导电、耐蚀：在2Pa氩气下，辉光放电等离子体环境中轰击表面10分钟，然后在5Pa氩气下，电弧放电等离子体环境中镀膜10分钟。镀膜是碳锆膜。

Claims (6)

1.一种双极板金属网流场的处理方法，包括耐蚀处理和导电处理，其特征在于；所述耐蚀处理是对双极板金属网流场进行钝化处理或氧化处理；所述导电处理是将经过耐蚀处理的双极板金属网流场两侧接触面进行离子轰击镀膜处理，所述离子轰击镀膜处理的镀膜为导电耐蚀膜。
2.根据权利要求1所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述双极板金属网流场的金属网是泡沫镍、不锈钢网、钛网和钛合金网中的一种，网的孔径为10μm～1mm。
3.根据权利要求1所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述氧化处理为：将双极板金属网流场在温度为500-700℃，氧化时间为30-210min，氧化环境为1.01×105Pa氧气环境下处理。
4.根据权利要求1所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述钝化处理为将双极板金属网流场置于钝化液中处理。
5.根据权利要求1所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述离子轰击镀膜处理是：在10-3-10-2kPa氩气下，辉光放电等离子体环境中轰击表面5-60min，然后在10-3-10-2kPa氩气下，电弧放电等离子体环境中镀膜5-30min。
6.根据权利要求5所述一种双极板金属网流场的处理方法，其特征在于；所述电弧放电等离子体环境中镀膜镀的是碳膜、碳锆膜和碳钛膜中的一种。
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