CN211350831U - 一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氢燃料电池双极板。目的是提供一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板，具有易加工，体积小等优点。技术方案是：一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板，该极板为平行布置且通过焊接连为一体成的两个片状板，极板的外表面压制有规则排列以用于供燃料和氧气混合的流道；其特征在于：每个片状板的最里层为Ti板材或不锈钢基材，贴近Ti或不锈钢板材的一层为Cr防腐打底层或Ti防腐打底层，最外层为纯石墨导电防腐层。

Description

一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板

技术领域

本实用新型涉及一种氢燃料电池双极板，尤其是一种表面具有防腐层的长耐久性氢燃料电池金属双极板。

背景技术

传统汽车的产生动力的方法需燃烧汽、柴油，或者利用蓄电池的储能进行驱动；但是燃烧油料会释放像COx、NOx、SOx气体和粉尘等污染物，而储能装置中的电解液和铅，也会对环境造成巨大的危害。

氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阴极。

而氢燃料电池只会产生水和热，如果氢是通过可再生能源产生的(光伏电池板、风能发电等)，整个循环就是彻底的不产生有害物质排放的过程。因此，它是真正的新能源，是完全无污染无公害的真正的新能源。氢燃料电池是一种发电装置，依靠持续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是“氢”；氢燃料电池的运作原理(如图1删除)，也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。氢气由氢燃料电池的阳极进入，氧气(或空气)则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢分子分解成两个质子(proton)与两个电子(electron)，其中质子被氧'吸引'到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物。氢燃料电池所使用的“氢”燃料可以来自于水的电解所产生的氢气及任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、沼气等等。由于氢燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及并应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著减轻空气污染及温室效应。

石墨因其质轻、耐蚀性好，导电性好而在氢燃料电池双极板中得到广泛应用；目前最普遍的氢燃料电池双极板都是石墨双极板，但石墨材料质脆，在组装时石墨双极板很容易碎掉，且石墨材料是由碳粉或石墨粉混合可石墨化的树脂制备而成，属于多孔结构，氢燃料会从孔隙中扩散掉而增加消耗，因此使用过程仍需要添加添加物来增加石墨双极板的气密性，但添加物又会导致电阻率的升高，且在使用过程中有被溶解的风险，影响电池使用性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板。

本实用新型提供了以下技术方案：

一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板，该极板为平行布置且通过焊接连为一体成的两个片状板，极板的外表面压制有规则排列以用于供燃料和氧气混合的流道；其特征在于：每个片状板的最里层为Ti板材或不锈钢基材，贴近Ti或不锈钢板材的一层为Cr防腐打底层或Ti防腐打底层，最外层为纯石墨导电防腐层。

所述的Ti板材或不锈钢基材为成型板材，厚度约为0.05-0.6mm；

所述的Cr防腐打底层或Ti防腐打底层为真空磁控溅射方法溅射制成，厚度约为0.1um-0.8um；

所述的纯石墨导电防腐层为真空磁控溅射方法溅射制成，厚度约为0.1um-1.5um。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过真空磁控溅射技术，在双极板坯上制备一层Ti防腐打底层或Cr防腐打底层，再在防腐打底层上制备一层纯石墨导电防腐层，以达到氢燃料电池双极板导电性好，耐久性能强的要求，同时具有易加工，体积小等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1中的A-A剖视结构示意图。

图3为图2中的B部放大结构示意图。

图4为图3中的C部放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

附图所示的长耐久性金属双极板，由两个片状的极板通过焊接连为一体；两个极板为Ti板材D或不锈钢基材，两个极板的外表面分别压制有规则排列的流道1(由图3可知：上极板1的流道3是垂直于纸面布置，下极板2的流道是左右方向布置)；多个金属双极板依序叠加后，两两金属双极板之间的流道可供氧气与电解质混合。以上与现有的氢燃料电池结构类同。

本实用新型的改进，是在每个片状的极板的表面镀覆有Cr防腐打底层F或Ti防腐打底层，最外层为纯石墨导电防腐层E。

所述两个片极板的厚度为0.05-0.6mm，由常规加工方法制成，并由模具压制出所需的流道等；

所述的Cr防腐打底层或Ti防腐打底层为真空磁控溅射方法溅射制成，厚度约为0.1um-0.8um；

所述的纯石墨导电防腐层为真空磁控溅射方法溅射制成，厚度约为0.1um-1.5um。

作为推荐，该Cr防腐打底层或Ti防腐打底层，以及纯石墨导电防腐层采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术加工而成。其制备工艺流程步骤如下：

一、将Ti板或不锈钢金属板切割为极板设计尺寸，并压制出所需的流道，焊接成双极板坯。

二、用除油溶剂进行超声波清洗并烘干，挂在专门定制的夹具上，并将夹具放入磁控溅射设备的真空腔内，抽真空至2～5×10^-5Torr。

三、向真空腔内通入纯度为99.99％的氩气，流量为10～35sccm；将设备参数调节至离子清洗工艺，具体为：脉冲偏压500～600V，脉冲频率50～250KHz，脉冲宽度500～1500ns，两个Cr或Ti金属靶靶电流0.3～0.5A，离子溅射清洗时间为1～60分钟。

四、将脉冲偏压降低至50～80V，将两个Cr或Ti金属靶靶电流逐渐提高至5～8A，保持其他参数不变，沉积纯金属防腐打底层，时间为1～30分钟。

五、将两个Cr或Ti金属靶靶电流逐渐减低直至切断；开启两个石墨靶靶电流并逐渐提高至6A，保持15～180分钟，沉积碳元素的导电防腐层。

六、关闭磁控溅射设备的工作电流，加工完成。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，板材的加工方法，流道的形状，表面金属层及防腐层等加工方法还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种长耐久性的氢燃料电池金属双极板，该极板为平行布置且通过焊接连为一体成的两个片状板，极板的外表面压制有规则排列以用于供燃料和氧气混合的流道(1)；其特征在于：每个片状板的最里层为Ti板材(D)或不锈钢基材，贴近Ti或不锈钢基材的一层为Cr防腐打底层(F)或Ti防腐打底层，最外层为纯石墨导电防腐层(E)。

2.根据权利要求1所述的长耐久性的氢燃料电池金属双极板，其特征在于：所述的Ti板材或不锈钢基材，厚度为0.05-0.6mm。

3.根据权利要求2所述的长耐久性的氢燃料电池金属双极板，其特征在于：所述的Cr防腐打底层或Ti防腐打底层，厚度为0.1um-0.8um。

4.根据权利要求3所述的长耐久性的氢燃料电池金属双极板，其特征在于：所述的纯石墨导电防腐层，厚度为0.1um-1.5um。

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