[发明专利]一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板及其制备方法和在PEMFC（质子交换膜燃料电池）中的应用，属不锈钢表面改性技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池，不经过热机过程，不受卡诺循环的限制，能量转化率高达40%~60%，若热电合并则效率可达80%；并具有低温启动、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。

不锈钢双极板是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。

在模拟PEMFC阳极环境中，304不锈钢双极板自腐蚀电流密度为75.079μA/cm²；在模拟PEMFC阴极环境中，304不锈钢双极板自腐蚀电流密度为33.22μA/cm²，长时间处于工作环境下其会发生腐蚀。不锈钢双极板在PEMFC工作环境下，其表面也会发生钝化，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Yi等人通过一种柔性的成形工艺在304不锈钢双极板表面制备了一层碳涂层对其进行改性，虽然具有较小的接触电阻，但稳定性仍有待于进一步提高。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

本发明的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种具有Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板。

本发明的目的之二是提供上述的一种具有Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板的制备方法。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-纳米结构的耐蚀性的Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板膜，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

一种具有Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板，所述的涂层厚度为10~20nm，所述的Sb掺杂SnO₂薄膜涂层中Sb和Sn按摩尔百分比计算，即Sb: Sn为1.65~6.6%: 98.35~93.4%，优选为6.6%: 93.4%； 

上述的一种具有Sb掺杂SnO₂薄膜涂层的304不锈钢双极板的制备方法，即先配制SbCl₃的乙醇溶液，称为A溶液，再配制SnCl₂·2H₂O的乙醇溶液，称为B溶液，最后缓慢向B溶液中逐滴滴加A溶液，最终得到Sb掺杂SnO₂溶胶液；然后通过结合溶胶浸渍-提拉法和醇热法在304不锈钢双极板的表面制备一层兼具耐蚀性和导电性的Sb掺杂SnO₂薄膜涂层，其具体包括如下制备步骤：

（1）、将无水乙醇，SbCl₃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，形成溶液A；

再将无水乙醇，包裹剂聚乙二醇2000，SnCl₂·2H₂O先后加入另一磨口锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器，升温至50℃，磁力搅拌，控制搅拌速率600r/min，形成溶液B；

最后缓慢向B溶液逐滴滴加A溶液，滴加过程控制温度50℃下，滴加完后进行磁力搅拌，搅拌过程控制转速为600r/min，时间为2h后，再进行陈化24h，得到无色透明的Sb掺杂SnO₂溶胶液；