CN109638294A - 一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法 - Google Patents

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许世森
张瑞云
王洪建
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黄华
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Abstract

本发明提供的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，首先制备不锈钢材料的双极板预制件，然后在该预制件的表面上沉积C‑Ni涂层；本发明采用等离子沉积技术，在不锈钢表面沉积的C‑Ni涂层能够有效提高双极板的耐蚀性和电导率。C‑Ni涂层是一种疏水性材料能够有效降低双极板的腐蚀速率，发生腐蚀后表面形成的氧化物层的电导率高于没有涂层的不锈钢表面形成的铁铬氧化物。

Description

一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及燃料电池结构材料领域，特别涉及一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法。
背景技术
燃料电池作为一种把化学能直接转换成电能的化学装置，具有高效率、零排放、无噪音等优点，其中双极板是燃料电池中多功能组成部件，而双极板的材料应该在高温和腐蚀环境下具有良好的耐腐蚀性。在质子交换膜燃料电池中双极板常用的材料是石墨(高热阻、高导电率)，但其机械强度低，而不锈钢具有良好的机械强度和耐蚀性能而不断应用在燃料电池双极板中。
目前，在质子交换膜燃料电池中，采用不锈钢304L作为双极板的材料，但在质子交换膜燃料电池长期的酸性和潮湿的环境中，双极板的腐蚀导致金属离子的释放，污染了电解质隔膜并导致催化剂中毒，此外，不锈钢表面的氧化物钝化层增加了双极板和扩散层之间的界面接触电阻，降低了电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，解决了现有的质子交换膜燃料电池中采用采用不锈钢304L作为双极板的材料,由于双极板的腐蚀导致金属离子的释放，污染了电解质隔膜并导致催化剂中毒，同时，不锈钢表面的氧化物钝化层增加了双极板和扩散层之间的界面接触电阻，降低了电池的性能。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，首先制备不锈钢材料的双极板预制件，然后在该预制件的表面上沉积C-Ni涂层。
优选地，采用等离子沉积法在预制件的表面上沉积C-Ni涂层。
优选地，等离子沉积法的工艺条件为：氩气流量(5.2-5.6)dm3/min，氢气流量(1.2-1.6)dm3/min；电流为470A，电压为55V。
优选地，不锈钢材料的双极板预制件的制备方法，包括以下步骤：
首先，通过粉末制坯设备在(700-760)MPa下压实制备烧结坯；然后，在保护气氛下进行烧结，得到双极板的毛坯；最后，将双极板的毛坯表面进行打磨，得到不锈钢双极板预制件。
一种具有耐蚀性的燃料电池双极板，基于一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法制备所得。
优选地，双极板的表面设置有C-Ni涂层。
优选地，C-Ni涂层的厚度为100μm。
优选地，C-Ni涂层的厚度为480μm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，采用等离子沉积技术，在不锈钢表面沉积的C-Ni涂层能够有效提高双极板的耐蚀性和电导率。C-Ni涂层是一种疏水性材料能够有效降低双极板的腐蚀速率，发生腐蚀后表面形成的氧化物层的电导率高于没有涂层的不锈钢表面形成的铁铬氧化物。
具体实施方式
下面对本发明进一步详细说明。
本发明提供的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，包括以下步骤：
S1、准备燃料电池用不锈钢304L粉末，通过粉末制坯设备在700-760MPa下压实制备烧结坯；
S2、在保护气氛炉中进行烧结，温度为1240-1260℃，时间为30-40min；
S3、将烧结后的毛坯表面打磨成光亮面，得到双极板的预制件，通过等离子沉积法在所得的预制件表面上沉积C-Ni涂层，其中，沉积法的工艺条件为：氩气流量(5.2-5.6)dm3/min，氢气流量(1.2-1.6)dm3/min；电流为470A，电压为55V。
实例1
1、准备燃料电池用不锈钢304L粉末，通过粉末制坯设备在700-760MPa下压实制备烧结坯；
2、在保护气氛炉中进行烧结，温度为1250℃，时间为30min；
3、将烧结后的毛坯表面打磨成光亮面，得到双极板的预制件，通过等离子沉积法在所得的预制件表面上沉积厚度为110μm的C-Ni涂层，其中，沉积法的工艺条件为：氩气流量5.3dm3/min，氢气流量1.4dm3/min；电流为470A，电压为55V；
4、将厚度110μm的C-Ni涂层的样品和无涂层的304L材料进行润湿试验、腐蚀、接触电阻和电化学实验，结果显示，无涂层的304材料润湿角为72deg，110μm的C-Ni涂层的样品润湿角为96deg；无涂层的304材料接触电阻31.8mΩcm2，110μm的C-Ni涂层的样品接触电阻11.8mΩcm2；经过腐蚀试验后，无涂层的304材料接触电阻16.3mΩcm2，110μm的C-Ni涂层的样品接触电阻8.1mΩcm2；电化学试验，无涂层的304材料腐蚀电流为1.8·10-3A cm-2，110μm的C-Ni涂层的样品腐蚀电流4.5·10-7A cm-2。
实例2
1、准备燃料电池用不锈钢304L粉末，通过粉末制坯设备在700-760MPa下压实制备烧结坯；
2、在保护气氛炉中进行烧结，温度为1250℃，时间为30min；
3、将烧结后的毛坯表面打磨成光亮面，得到双极板的预制件，通过等离子沉积法在所得的预制件表面上沉积厚度为480μm的C-Ni涂层，其中，沉积法的工艺条件为：(氩气流量5.5dm3/min，氢气流量1.5dm3/min；电流为470A，电压为55V)；
4、将厚度480μm的C-Ni涂层的样品和无涂层的304L材料进行润湿试验、腐蚀、接触电阻和电化学实验，结果显示，无涂层的304材料润湿角为72deg，480μm的C-Ni涂层的样品润湿角为94deg；无涂层的304材料接触电阻31.8mΩcm2，480μm的C-Ni涂层的样品接触电阻5.8mΩcm2；经过腐蚀试验后，无涂层的304材料接触电阻16.3mΩcm2，480μm的C-Ni涂层的样品接触电阻5.6mΩcm2；电化学试验，无涂层的304材料腐蚀电流为1.8·10-3A cm-2，480μm的C-Ni涂层的样品腐蚀电流1.5·10-8A cm-2。

Claims (8)

1.一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，其特征在于，首先制备不锈钢材料的双极板预制件，然后在该预制件的表面上沉积C-Ni涂层。
2.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，其特征在于，采用等离子沉积法在预制件的表面上沉积C-Ni涂层。
3.根据权利要求2所述的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，其特征在于，等离子沉积法的工艺条件为：氩气流量(5.2-5.6)dm3/min，氢气流量(1.2-1.6)dm3/min；电流为470A，电压为55V。
4.根据权利要求1所述的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法，其特征在于，不锈钢材料的双极板预制件的制备方法，包括以下步骤：
首先，通过粉末制坯设备在(700-760)MPa下压实制备烧结坯；然后，在保护气氛下进行烧结，得到双极板的毛坯；最后，将双极板的毛坯表面进行打磨，得到不锈钢双极板预制件。
5.一种具有耐蚀性的燃料电池双极板，其特征在于，基于权利要求1所述的一种提高燃料电池双极板耐蚀性的方法制备所得。
6.根据权利要求5所述的一种具有耐蚀性的燃料电池双极板，其特征在于，双极板的表面设置有C-Ni涂层。
7.根据权利要求5所述的一种具有耐蚀性的燃料电池双极板，其特征在于，C-Ni涂层的厚度为100μm。
8.根据权利要求5所述的一种具有耐蚀性的燃料电池双极板，其特征在于，C-Ni涂层的厚度为480μm。
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