CN114284520A - 一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 - Google Patents
一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114284520A CN114284520A CN202111354616.5A CN202111354616A CN114284520A CN 114284520 A CN114284520 A CN 114284520A CN 202111354616 A CN202111354616 A CN 202111354616A CN 114284520 A CN114284520 A CN 114284520A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bipolar plate
- titanium metal
- polishing
- metal bipolar
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，先对钛金属双极板进行超声除油，然后将浓度30‑60g/L的H2SO4溶液、浓度2‑10 g/L的HF溶液、浓度20‑40 g/L的甲醇加入蒸馏水中，搅拌混合均匀，配制出抛光液，再对钛金属双极板进行电化学抛光，使得钛金属双极板表面逐渐达到微观整平的目的，能够减少钛金属双极板表面的微观缺陷，如轧制过程中产生的微观裂纹，或者是双极板表面导电耐蚀碳涂层的缺陷，显著提高双极板涂层的寿命及可靠性。电化学抛光时使用了特制的抛光液，抛光液成分简单、性能稳定、效果良好，并且合理设置了抛光工艺，适合大批量生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池钛金属双极板领域，尤其涉及一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种将氢燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置，其中生成物只有水，具有能量转换效率高、无污染、快速启动、寿命长和功率密度高等优点，双极板作为质子交换膜燃料电池的关键组成部件之一，占整个电堆总成本的40-50%，总质量的70-80%，起着收集和传导电流、分隔氧化剂和燃料气、导通运输气体、传热以及支撑整个电堆骨架的作用。
双极板需要具有良好的导电导热性、气体渗透率低、较高的机械强度，其苛刻的酸性工作环境也使其必须具有不错的耐腐蚀性。常用的双极板有石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。石墨双极板作为传统双极板具有良好的导电性能和耐腐蚀性能，但石墨本身孔隙率较大，使其无法很好的阻隔反应气，也很容易造成水的透过；机械性能差，脆性大，这给其加工带来巨大难度，并且在汽车中使用时无法承受汽车行驶时的震动。金属双极板（钛、不锈钢等）具有良好的力学性能和导电性能，但是在服役环境中（pH=2～3，T=65℃～90℃）与电解质溶液接触时表明容易形成钝化膜，使双极板与扩散层之间的接触电阻增加，从而导致燃料电池输出功率和使用寿命降低；并且金属双极板在电解质溶液中会发生局部腐蚀溶解，金属离子的溶解会污染膜电极，使催化剂中毒，大大削减电池寿命，因此普通的金属双极板无法直接满足PEMFC的服役要求。与不锈钢相比，钛金属的耐腐蚀性能更加优异，钛金属双极板具有更长的使用寿命和更好的可靠性；但是钛金属的延伸率只有25%～30%，远低于不锈钢（延伸率40%以上），因此钛金属双极板在轧制和冲压成型过程中表面难以避免地存在许多的微观缺陷，这些缺陷对双极板涂层的制备过程有重要影响，因此必须尽量减少或消除这些微观缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，减少钛金属双极板表面的微观裂纹，得到表面平整、缺陷少的钛金属双极板。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，包括以下步骤：
步骤一、超声除油
将钛金属双极板放入超声除油装置中，使用工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净；
步骤二、配制抛光液
将浓度30-60g/L的H2SO4溶液、浓度2-10 g/L的HF溶液、浓度20-40 g/L的甲醇加入蒸馏水中，搅拌混合均匀，得到抛光液；
步骤三、电化学抛光
将步骤一超声除油后的钛金属双极板和直流电源正极连接，将石墨阴极板和直流电源负极连接，控制阴阳极间距为30-50mm；将钛金属双极板和石墨阴极板均放入步骤二配制的抛光液内，保证钛金属双极板完全浸没在抛光液中，并控制石墨阴极板和钛金属双极板处于正对位置；开启直流电源进行电化学抛光，控制电源电压为30-60V，抛光时间16-60s，抛光温度10-25℃；
步骤四、干燥处理
对步骤三电化学抛光后的钛金属双极板使用蒸馏水冲洗干净，再使用洁净压缩空气吹干。
优选的，步骤一中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明先对钛金属双极板进行超声除油，然后对钛金属双极板进行电化学抛光，电化学抛光是基于金属阳极的电化学溶解原理进行的，被抛光金属发生阳极溶解反应，在阴极发生产生气体的反应，阳极溶解的金属离子在其表面的扩散层内逐渐堆积，形成一层粘液层，由于被抛光金属表面存在微观的凸凹不平，凸起处粘液层较薄，电阻相对较小，尖端效应又使得电力线集中，电流密度较大，离子向溶液内部的扩散速度较快，电极反应迅速，金属去除量较大；低凹处电力线较分散，电流密度较小，粘液层相对较厚，离子向溶液内部的扩散速度较慢，造成电极反应弱，金属去除量相对较少，随着抛光时间的延长，使得金属表面逐渐达到微观整平的目的，能够减少钛金属双极板表面的微观缺陷，如轧制过程中产生的微观裂纹，或者是双极板表面导电耐蚀碳涂层的缺陷，显著提高双极板涂层的寿命及可靠性。电化学抛光时使用了特制的抛光液，抛光液成分简单、性能稳定、效果良好，并且合理设置了抛光工艺，适合大批量生产应用。
具体实施方式
一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，包括以下步骤：
步骤一、超声除油
将钛金属双极板放入超声除油装置中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净；
步骤二、配制抛光液
将浓度30-60g/L的H2SO4溶液、浓度2-10 g/L的HF溶液、浓度20-40 g/L的甲醇加入蒸馏水中，搅拌混合均匀，得到抛光液；
步骤三、电化学抛光
将步骤一超声除油后的钛金属双极板和直流电源正极连接，将石墨阴极板和直流电源负极连接，控制阴阳极间距为30-50mm；将钛金属双极板和石墨阴极板均放入步骤二配制的抛光液内，保证钛金属双极板完全浸没在抛光液中，并控制石墨阴极板和钛金属双极板处于正对位置；开启直流电源进行电化学抛光，控制电源电压为30-60V，抛光时间16-60s，抛光温度10-25℃；
步骤四、干燥处理
对步骤三电化学抛光后的钛金属双极板使用蒸馏水冲洗干净，再使用洁净压缩空气吹干。
实施例1
（1）将原始厚度0.1mm厚的钛金属双极板放在超声除油装置中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净。
（2）配制电化学抛光液。溶液成分H2SO4 30g/L+ HF 5g/L +甲醇20g/L，按照所使用母液的溶质浓度换算成相应的溶液体积，加入到一定量的蒸馏水中，搅拌混合均匀。
（3）双极板工件连接直流电源正极，石墨阴极板连接电源负极，阴极板与工件处于正对位置，阴阳极间距30mm。将双极板工件完全浸没在抛光液中，开启电源，调节电源电压到50V，抛光时间30s，温度25℃。
（4）抛光后使用蒸馏水将工件冲洗干净，然后使用洁净的压缩空气吹干。
实施例2
（1）将原始厚度0.1mm厚的钛金属双极板放在超声除油装置中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净。
（2）配制电化学抛光液。溶液成分H2SO4 60g/L+ HF 2g/L +甲醇40g/L，按照所使用母液的溶质浓度换算成相应的溶液体积，加入到一定量的蒸馏水中，搅拌混合均匀。
（3）双极板工件连接直流电源正极，石墨阴极板连接电源负极，阴极板与工件处于正对位置，阴阳极间距50mm。将双极板工件完全浸没在抛光液中，开启电源，调节电源电压到30V，抛光时间20s，温度25℃。
（4）抛光后使用蒸馏水将工件冲洗干净，然后使用洁净的压缩空气吹干。
实施例3
（1）将原始厚度0.1mm厚的钛金属双极板放在超声除油装置中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净。
（2）配制电化学抛光液。溶液成分H2SO4 40g/L+ HF 3g/L +甲醇20g/L，按照所使用母液的溶质浓度换算成相应的溶液体积，加入到一定量的蒸馏水中，搅拌混合均匀。
（3）双极板工件连接直流电源正极，石墨阴极板连接电源负极，阴极板与工件处于正对位置，阴阳极间距40mm。将双极板工件完全浸没在抛光液中，开启电源，调节电源电压到60V，抛光时间20s，温度25℃。
（4）抛光后使用蒸馏水将工件冲洗干净，然后使用洁净的压缩空气吹干。
Claims (2)
1.一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、超声除油
将钛金属双极板放入超声除油装置中，使用工业脱脂剂进行超声除油脱脂，除油后使用蒸馏水清洗干净；
步骤二、配制抛光液
将浓度30-60g/L的H2SO4溶液、浓度2-10 g/L的HF溶液、浓度20-40 g/L的甲醇加入蒸馏水中，搅拌混合均匀，得到抛光液；
步骤三、电化学抛光
将步骤一超声除油后的钛金属双极板和直流电源正极连接，将石墨阴极板和直流电源负极连接，控制阴阳极间距为30-50mm；将钛金属双极板和石墨阴极板均放入步骤二配制的抛光液内，保证钛金属双极板完全浸没在抛光液中，并控制石墨阴极板和钛金属双极板处于正对位置；开启直流电源进行电化学抛光，控制电源电压为30-60V，抛光时间16-60s，抛光温度10-25℃；
步骤四、干燥处理
对步骤三电化学抛光后的钛金属双极板使用蒸馏水冲洗干净，再使用洁净压缩空气吹干。
2.根据权利要求1所述的一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法，其特征在于：步骤一中，使用LT-T4030工业脱脂剂进行超声除油脱脂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111354616.5A CN114284520A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111354616.5A CN114284520A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114284520A true CN114284520A (zh) | 2022-04-05 |
Family
ID=80869209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111354616.5A Pending CN114284520A (zh) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | 一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114284520A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU370271A1 (ru) * | 1970-07-06 | 1973-02-15 | Н. П. Пекшева , Е. С. Воронцов Воронежский политехнический институт | Способ электрохимического полирования |
| CA1156601A (en) * | 1979-07-18 | 1983-11-08 | Vladlen M. Shtanko | Electrolyte for electrochemical polishing of articles made of titanium and titanium alloys |
| SU1657545A1 (ru) * | 1988-11-13 | 1991-06-23 | Белгородский технологический институт строительных материалов им.И.А.Гришманова | Раствор дл электрохимического полировани титана и его сплавов |
| CN101660194A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-03 | 西北有色金属研究院 | 一种涂层导体用镍钨合金基带的电化学抛光方法 |
| KR20110034230A (ko) * | 2009-09-28 | 2011-04-05 | 에스티엑스메탈 주식회사 | 고분자 전해질 연료전지의 분리판 |
| CN102061502A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-05-18 | 西南交通大学 | 同步晶化制备无基底的TiO2纳米管/线复合阵列透明薄膜的方法 |
| CN107675244A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-02-09 | 上海理工大学 | 一种用于镍钛合金电化学抛光的抛光液及用途 |
| CN110718701A (zh) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 北京科技大学 | 制备氮化铬/碳化铬复合膜用于改性不锈钢双极板的方法 |
-
2021
- 2021-11-16 CN CN202111354616.5A patent/CN114284520A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU370271A1 (ru) * | 1970-07-06 | 1973-02-15 | Н. П. Пекшева , Е. С. Воронцов Воронежский политехнический институт | Способ электрохимического полирования |
| CA1156601A (en) * | 1979-07-18 | 1983-11-08 | Vladlen M. Shtanko | Electrolyte for electrochemical polishing of articles made of titanium and titanium alloys |
| SU1657545A1 (ru) * | 1988-11-13 | 1991-06-23 | Белгородский технологический институт строительных материалов им.И.А.Гришманова | Раствор дл электрохимического полировани титана и его сплавов |
| CN101660194A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-03-03 | 西北有色金属研究院 | 一种涂层导体用镍钨合金基带的电化学抛光方法 |
| KR20110034230A (ko) * | 2009-09-28 | 2011-04-05 | 에스티엑스메탈 주식회사 | 고분자 전해질 연료전지의 분리판 |
| CN102061502A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-05-18 | 西南交通大学 | 同步晶化制备无基底的TiO2纳米管/线复合阵列透明薄膜的方法 |
| CN107675244A (zh) * | 2017-09-28 | 2018-02-09 | 上海理工大学 | 一种用于镍钛合金电化学抛光的抛光液及用途 |
| CN110718701A (zh) * | 2018-07-11 | 2020-01-21 | 北京科技大学 | 制备氮化铬/碳化铬复合膜用于改性不锈钢双极板的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张淼 等: "医用钛镍合金的电解抛光进展", 有色金属材料与工程, vol. 38, no. 5, pages 303 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107017383B (zh) | 一种应用于蓄电池、储能电池正极集流体的三维多孔铝箔加工方法 | |
| CN100342565C (zh) | 燃料电池之金属隔板及其抗腐蚀处理方法 | |
| CN1446383A (zh) | 不锈钢基材处理 | |
| JP4920137B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池の運転方法 | |
| CN107256975B (zh) | 一种氮化硼纳米片改性质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的方法 | |
| CN113106512A (zh) | 一种燃料电池用钛基板的表面改性方法 | |
| CN110718701B (zh) | 制备氮化铬/碳化铬复合膜用于改性不锈钢双极板的方法 | |
| CN101289755A (zh) | 一种pemfc不锈钢双极板表面改性方法 | |
| CN100362684C (zh) | 用作质子交换膜燃料电池双极板的不锈钢的表面改性工艺 | |
| CN114284520A (zh) | 一种减少燃料电池钛金属双极板表面微观缺陷的方法 | |
| CN107317043A (zh) | 一种铝合金双极板表面石墨烯/二氧化锡三明治结构薄膜的制备方法 | |
| CN111519229A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的电化学表面改性方法 | |
| CN101393991B (zh) | 质子交换膜燃料电池316l不锈钢双极板的表面改性方法 | |
| CN110093649B (zh) | 铝合金端板涂层及其制备方法、含其的端板和燃料电池 | |
| CN110875482A (zh) | 一种利用石墨为碳源在不锈钢双极板表面制备碳膜的方法 | |
| CN105702991B (zh) | 一种燃料电池用双极膜及其制备方法 | |
| CN101140997A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池失效膜电极恢复再生的方法 | |
| CN109811397B (zh) | 一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法 | |
| CN107794556A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的表面改性方法 | |
| CN111910233A (zh) | 一种适用于pemfc大规模的不锈钢双极板表面改性方法 | |
| CN104218245B (zh) | 一种钛/亚氧化钛/铅复合基板的制备方法 | |
| CN101459253A (zh) | 一种大面积熔融碳酸盐燃料电池 | |
| JP2011029196A (ja) | 燃料電池用セパレータの製造方法 | |
| CN101222054A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池金属双极板的化学改性方法 | |
| CN100353598C (zh) | 质子交换膜燃料电池金属双极板改性的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |