[发明专利]一种SnO2膜改性PEMFC用304不锈钢双极板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板及其制备方法，属不锈钢表面改性技术领域。

背景技术

在PEMFC应用领域，由于具有能量转化效率高、低温启动、无污染等优点，在军事和便携式电源等方面有着广泛的应用前景，也是最有希望取代石化燃料而成为汽车等运载工具的动力源。

双极板是PEMFC的关键部件之一，占总质量的80％，电池堆成本的45％。理想的双极板材料必须具有高电导、耐腐蚀、低密度，高机械强度、高气密性及易加工成型等优点，因此其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。不锈钢材料由于化学稳定性好、强度高、成本低等优点，是最有应用前景的金属材料。然而，不锈钢在PEMFC工作环境下，其表面也会发生钝化，长时间处于工作环境下其也会发生腐蚀。因此，一种有效的改性方法是十分必要的。

目前国内外工作者已对不锈钢双极板进行了大量的研究，但各种方法仍存在着一定的不足，如Feng等人通过磁控溅射离子镀对不锈钢双极板进行了改性，虽然耐蚀性较好，但由于方法比较复杂，实用性存在一定限制，因而不易广泛应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的技术问题而提供一种SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板及其制备方法，即通过结合浸渍-提拉法和醇热法相结合的方法，在304不锈钢上制备一层具有微-纳米结构的耐蚀性SnO2膜，从而提高不锈钢双极板在PEMFC环境中的耐蚀性。

本发明的技术方案

一种SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板的制备方法，包括如下制备步骤：

（1）、将SnCl₂·2H₂O，聚乙二醇2000，无水乙醇按一定比例加入磨口锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器，升温至50℃，磁力搅拌，控制搅拌速率600r/min，2h后形成乳浊液，陈化24h后变为无色透明的溶胶液；

其中，SnCl₂·2H₂O:聚乙二醇2000:无水乙醇为1.6～6.4 g:0.23g:50ml ，优选为3.20g:0.23g:50ml；

包裹剂聚乙二醇2000的加入主要是为了防止Sn²⁺发生团聚；

（2）、基体材料的预处理

试验用基体材料为10mm×70mm×2mm的304不锈钢，制备前用金相砂纸#2～#6逐级打磨，对打磨好的基体304不锈钢用无水乙醇脱脂，并用超声清洗5min，之后再用去离子水清洗，最后用空气吹干待用；

其中，此过程为现用现做，即在制备SnO₂膜改性304不锈钢时再进行此步骤；

（3）、取10ml步骤（1）溶胶放入10ml的小烧杯，对步骤（2）处理好的304不锈钢进行浸渍-提拉成膜，在提拉中保持匀速，提拉完成待膜自然干后放入100℃烘箱中烘干30min，在304不锈钢表面形成一层均匀的彩色薄膜，如果需要更厚的薄膜，重复以上步骤至所需的厚度；

其中，在浸渍-提拉过程中，304不锈钢在溶胶液中浸渍时间为20s，提拉速度为2mm/s；

（4）、将步骤（3）制得的具有彩色薄膜的304不锈钢放入外壳为不锈钢，内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，并向反应釜中加入步骤（1）配置的溶胶液至反应釜体积的70%，密封后控制温度为150～200℃，时间为1～7h进行反应，反应完后自然冷却，并用去离子水清洗表面，再空气吹干后放入100℃烘箱中30min，即可得到SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板。

上述的SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板的制备方法中，浸渍提拉过程是使溶胶先在不锈钢表面形成一层膜，以便后面的反应过程中形成的SnO₂膜与不锈钢结合的更好。

上述所得的一种SnO₂膜改性PEMFC用304不锈钢双极板，在PEMFC环境中具有优良的耐蚀性，从而避免了不锈钢腐蚀产生金属阳离子阻断质子交换膜对氢离子的传导能力。

本发明的有益效果