CN201444487U - 一种质子交换膜燃料电池用双极板 - Google Patents

一种质子交换膜燃料电池用双极板 Download PDF

Info

Publication number
CN201444487U
CN201444487U CN2009200164148U CN200920016414U CN201444487U CN 201444487 U CN201444487 U CN 201444487U CN 2009200164148 U CN2009200164148 U CN 2009200164148U CN 200920016414 U CN200920016414 U CN 200920016414U CN 201444487 U CN201444487 U CN 201444487U
Authority
CN
China
Prior art keywords
bipolar plates
bipolar plate
groove
corrosion
plates
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.)
Expired - Lifetime
Application number
CN2009200164148U
Other languages
English (en)
Inventor
付宇
徐洪峰
侯中军
吕萍
明平文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunrise Power Co Ltd
Original Assignee
Sunrise Power Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sunrise Power Co Ltd filed Critical Sunrise Power Co Ltd
Priority to CN2009200164148U priority Critical patent/CN201444487U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN201444487U publication Critical patent/CN201444487U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • 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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

一种质子交换膜燃料电池用双极板，双极板是带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板，带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板的凹槽的表面有耐腐蚀保护层，凸起的顶面有改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层。本实用新型的优点是：表面改性层结合力好，致密、耐腐蚀性强、导电性强，可大大提高双极板在PEMFC中的性能和寿命；表面改性层处理过程非常经济，工艺成熟，可以有效降低双极板的制备成本；只在双极板平台进行导电耐蚀改性，可以节约大量的贵重改性材料，降低双极板成本。

Description

一种质子交换膜燃料电池用双极板
技术领域
本实用新型涉及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双极板。
背景技术
作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的主要部件，双极板占电池重量的70％以上，占电池总成本接近一半。理想的双极板应当具有很高的导电性、耐腐蚀性、低密度、高机械强度、高阻气能力、低成本易加工。
金属强度高，耐腐蚀性能好，是理想的质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板材料。但金属双极板有以下不足：1、耐腐蚀金属表面能自然形成钝化膜，该钝化膜电阻很大，用作质子交换膜燃料电池双极板会增加电池的内部电阻，从而减少电池能量的输出；2、在质子交换膜燃料电池环境下，金属会发生腐蚀产生金属离子，进而对质子交换膜产生污染，降低电池性能和寿命。现有技术中，用不锈钢作质子交换膜燃料电池双极板，通常都对不锈钢表面进行改性处理，以提高不锈钢双极板的电性能。相关专利提出了在金属表面涂敷导电耐蚀涂层和用金属夹杂物从钝化膜下的不锈钢内突出到钝化膜外面的的方法，如专利号为02155187的专利：“质子交换膜燃料电池金属双极板”，提出了在基体金属表面涂敷导电耐蚀涂层的方法，涂层为导电耐蚀的金属氧化物，涂层厚度0.1-50μm。专利号为00105765.0的专利：“固体高分子型燃料电池用不锈钢双极板”，提出了用具有导电性的碳化物系金属夹杂物及硼化物系金属夹杂物中的一种，使以上金属夹杂物从钝化膜下的不锈钢内突出到钝化膜外面的不锈钢制作双极板的技术。该专利方法制备的双极板的材料表面具有一定面积的钝化物膜，而且碳化物或硼化物的导电性也难以保障，因此该材料的导电性很难满足质子交换膜燃料电池对双极板越来越高的要求。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用双极板，通过对金属表面进行改性处理，使双极板的耐腐蚀性能和导电能力得到提高。并可实现低成本大批量生产。本实用新型的技术方案是：一种质子交换膜燃料电池用双极板，双极板是带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板的凹槽的表面有耐腐蚀保护层，凸起的顶面有改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层。
本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的双极板是不锈钢双极板、钛双极板、钛合金双极板和铝合金双极板中的任意一种。
本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板中的不锈钢双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是钝化层，钛双极板和钛合金双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是高温氧化层，铝合金双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是阳极氧化层。
本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板的凸起的顶面的改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层是银和金贵金属镀层中的一种或者是铬、钛和锆过渡金属的导电化合物镀层中的一种。
本实用新型的质子交换膜燃料电池用双极板可以用下述方法制备：
a)在基体金属薄板上冲压出带有凸起和凹陷形成的气体或冷却液通道的双极板；
b)将冲压有气体或冷却液通道的金属双极板进行钝化或氧化或阳极氧化处理，在金属双级板表面形成耐腐蚀保护层；
c)将经过步骤b)处理的金属双极板表面涂敷一层保护膜；
d)打磨掉经过步骤c)涂敷了一层保护膜的金属双级板凸起顶面涂敷的保护膜和保护膜下通过钝化或氧化或阳极氧化处理形成的保护层，露出金属基体；
e)对经过步骤d)处理的金属双级板凸起顶面露出的金属基体进行表面改性处理，在凸起顶面得到改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层；
f)除去金属板凹陷处涂敷的保护膜，保留通过钝化或氧化或阳极氧化处理形成的耐腐蚀保护层。
本实用新型具有如下优点：
1.本实用新型的双极板表面改性层结合力好，致密、耐腐蚀性强、导电性强，从而提高了金属双极板在PEMFC环境下的性能；获得的高性能PEMFC双极板，可大大提高双极板在PEMFC中的性能和寿命。
2.本实用新型双极板的表面改性层，不锈钢是在酸中进行钝化处理，钛和钛合金是进行氧化处理，铝合金是进行阳极氧化处理等，处理过程非常经济，工艺成熟，可以有效降低双极板的制备成本。
3.只在双极板平台进行导电耐蚀改性，可以节约大量的贵重改性材料，降低双极板成本。
附图说明
本实用新型有附图1幅，是本实用新型的双极板的构造示意图。
附图中，1、凸起顶面改善导电性的表面改性层，2、凹槽表面耐腐蚀保护层，3、金属基体。
具体实施方式
实施例1
将厚度为0.1mm的316L不锈钢板冲压出反应气流道及氢气、空气和冷却水的进出、口通道，气体流道凸起和凹陷的宽度都是1.5mm，深度2.0mm。去污粉清洗双极板表面油污后干燥。
采用天长市华锦防腐清洗材料厂的200系列钝化液进行钝化处理：将双极板浸渍于体积比50％的不锈钢钝化液水溶液中，20℃下浸泡60s，取出后用去离子水清洗；再放入质量比3％的氢氧化钠溶液中浸渍5分钟，取出后用去离子水清洗，大气中自然晾干。
使用黑色电镀保护漆涂敷整个双极板带有流道的区域，然后于烘箱内60℃下加热30min，取出，冷却至室温。使用2000#砂纸将双极板气体流道凸起处的电镀保护漆和钝化层打磨掉，使该处露出不锈钢基体，然后进行镀银处理。镀银溶液为：KAg(CN)2，55g/L；KCN，135g/L；K2CO3，10g/L。电镀溶液温度20℃，阴极电流密度1.0A/dm2。
双极板气体流道凸起处镀银后，去离子水清洗掉表面残留电镀溶液，再使用香蕉水清洗掉气体流道凹陷处的电镀保护漆，露出该处的钝化膜，即得到高性能双极板材料。
实施例2
将厚度为0.2mm的TC4板(Ti-6Al-4V)冲压出反应气流道及氢气、空气和冷却水的进出、口通道，气体流道凸起和凹陷的宽度都是2.0mm，深度2.5mm。使用去污粉清洗双极板表面油污，去离子水清洗，干燥。
将冲压有流场沟槽的钛双极板在马福炉中，空气环境下于600℃加热60min，使其表面氧化。使用黑色电镀保护漆涂敷整个双极板带有流道的区域，然后于烘箱内60℃下加热30min，取出，冷却至室温。使用2000#砂纸将双极板气体流道凸起处的电镀保护漆和钝化层打磨掉，使该处露出钛合金的基体，然后进行镀金处理。镀金溶液为：Au(以KAu(CN)2形式加入)，6g/L；K2HPO4，30g/L；KCN，30g/L；K2CO3，12g/L。电镀溶液温度60℃，阴极电流密度0.5A/dm2。
双极板气体流道凸起处镀金后，去离子水清洗掉表面残留电镀溶液，再使用三氯乙烯清洗掉气体流道凹陷处的电镀保护漆，露出该处的钝化膜，即得到高性能双极板材料。
实施例3
将厚度为0.3mm的LY12铝合金板冲压出反应气流道及氢气、空气和冷却水的进出、口通道，气体流道凸起和凹陷的宽度都是2.5mm，深度3.0mm。在质量比20％的70℃NaOH溶液中浸渍30s，除去铝合金表面氧化膜；再于20℃温度下用体积比20％的HNO3溶液清洗10s，除去表层浮灰。然后在体积比30％的硫酸溶液中进行阳极氧化，温度10℃，电流密度1.5A/dm2，时间为30min；再在氧化膜上涂敷双酚A型环氧树脂，在220℃加热6小时使树脂固化。
使用黑色电镀保护漆涂敷整个双极板带有流道的区域，然后于烘箱内60℃下加热30min，取出，冷却至室温。使用2000#砂纸将双极板气体流道凸起处的电镀保护漆和钝化层打磨掉，使该处露出铝合金基体，然后进行氮化钛处理。将双极板置于真空室并密封后，用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至3×10-3Pa。通入Ar气和N2气的混合气体，其压力分别为0.5Pa和0.02Pa。在40℃，40W功率，0.25KV电压，0.20A电流下Ti靶进行反应磁控溅射，时间为30min。
将双极板取出，用去离子水清洗掉表面残留电镀溶液，再使用香蕉水清洗掉气体流道凹陷处的电镀保护漆，露出该处的钝化膜，即得到高性能双极板材料。

Claims (4)

1.一种质子交换膜燃料电池用双极板，双极板是带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板的凹槽的表面有耐腐蚀保护层，凸起的顶面有改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层。
2.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板是不锈钢双极板、钛双极板、钛合金双极板和铝合金双极板中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板中的不锈钢双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是钝化层，钛双极板和钛合金双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是高温氧化层，铝合金双极板的凹槽的表面耐腐蚀保护层是阳极氧化层。
4.根据权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池用双极板，其特征在于所述带有凸起和凹槽形成的气体或冷却液通道的金属双极板的凸起的顶面的改善导电性和抗腐蚀性的表面改性层是银和金贵金属镀层中的一种或者是铬、钛和锆过渡金属的导电化合物镀层中的一种。
CN2009200164148U 2009-08-17 2009-08-17 一种质子交换膜燃料电池用双极板 Expired - Lifetime CN201444487U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009200164148U CN201444487U (zh) 2009-08-17 2009-08-17 一种质子交换膜燃料电池用双极板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009200164148U CN201444487U (zh) 2009-08-17 2009-08-17 一种质子交换膜燃料电池用双极板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN201444487U true CN201444487U (zh) 2010-04-28

Family

ID=42549167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009200164148U Expired - Lifetime CN201444487U (zh) 2009-08-17 2009-08-17 一种质子交换膜燃料电池用双极板

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN201444487U (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633337A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 新源动力股份有限公司 一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板
CN111092241A (zh) * 2019-12-26 2020-05-01 一汽解放汽车有限公司 一种在质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备贵金属涂层的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633337A (zh) * 2013-12-09 2014-03-12 新源动力股份有限公司 一种强化反应气体分配的燃料电池金属双极板
CN111092241A (zh) * 2019-12-26 2020-05-01 一汽解放汽车有限公司 一种在质子交换膜燃料电池金属双极板表面制备贵金属涂层的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101667647A (zh) 一种质子交换膜燃料电池用双极板
CN108963294A (zh) 一种质子交换膜燃料电池金属石墨复合双极板制备方法
CN104577144B (zh) 一种氮化增强表面的燃料电池用双极板及其制备方法
CN102569834A (zh) 一种高强度柔性石墨双极板及其制备方法
CN110284102A (zh) 一种金属碳化物晶体复合涂层及其制备方法
JP5139997B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
CN109786779A (zh) 一种耐腐蚀的金属双极板及其制备方法
CN100514727C (zh) 一种质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面改性方法
CN115029663A (zh) 金属极板复合涂层、金属极板及其制备方法和燃料电池
CN110061257A (zh) 用于pemfc的金属基双极板及其制备方法
CN201444487U (zh) 一种质子交换膜燃料电池用双极板
CN113937301B (zh) 金属双极板表面过渡金属氮化物与碳复合改性薄膜及其制备方法
CN100492736C (zh) 一种燃料电池用双极板的制备方法
CN114481048A (zh) 高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用
CN105322184B (zh) 质子交换膜燃料电池用金属双极板的制备工艺
CN111593379B (zh) 一种电镀法制备(Ni,Co,Cu)3O4尖晶石涂层的方法及其应用
CN116377469A (zh) 一种pem水电解阳极氧板制备方法
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
CN204361172U (zh) 一种氮化增强表面的燃料电池用双极板
CN104611679B (zh) 一种质子交换膜燃料电池钛合金双极板纳米晶ZrC/Zr复合涂层及其制备方法
JP2007134254A (ja) 燃料電池およびその製造方法
CN201717318U (zh) 一种质子交换膜燃料电池用金属双极板
CN109524682A (zh) 一种全钒液流电池用金属复合双极板及其制备方法
CN113328111B (zh) 一种具有铬基氮化物复合镀层的不锈钢双极板及其制备方法
CN107425209B (zh) 一种铝制流场板的导电防腐涂层工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CX01 Expiry of patent term

Granted publication date: 20100428

CX01 Expiry of patent term