[发明专利]一种燃料电池用铬氮复合极板材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池电极材料的制备方法，尤其涉及一种燃料电池用铬氮复合极板材料及其制备方法。 

背景技术

聚合物电解质燃料电池不但具有能量转化效率高、寿命长、环境友好等特点，而且工作温度低、启动快，因而成为应用于交通运输和建设分散电站的动力源。作为聚合物电解质燃料电池中重要的多功能组件之一，双极板不仅具有分隔反应气体、集流导电、支撑膜电极和导热作用，还能与流场板结合为反应气体提供通道，使反应气体分布均匀，并将生成的水排出。 

双极板必须由导电和机械性能良好、化学稳定的低渗透材料制备，从而降低电池组的能量损耗并延长使用寿命。作为一种重要的多功能组件，双极板的性能直接影响PEMFC的使用寿命和输出功率。 

传统的石墨双极板，因脆性大、强度低，难以制备重量轻、体积小的燃料电池组，而且在其表面机加工各种流场的工艺耗时且费用高。 

不锈钢的导电导热性能好、资源丰富、成本低、强度高，是制造燃料电池双极板的理想材料。但是双极板材料在酸性工作环境下将面临溶解或钝化等腐蚀问题，因此有必要在不锈钢表面形成一层导电且耐腐蚀的覆盖层。 

传统意义上采用电镀方法在不锈钢表面镀铬，镀层存在较多的疏松、穿孔等缺陷，且导电性能和耐腐蚀性能并未得到明显提高。因此，迫切需要通过一种新的表面改性方法来提供低成本、高表面导电性和良好耐蚀性的金属双极板。 

发明内容

本发明提供一种燃料电池用铬氮复合极板材料的制备方法，使用该方法制备的极板复合材料用于薄膜燃料电池时，具有良好的导电性和耐腐蚀性，并且成本相对较低。 

为了实现上述目的，本发明提供的一种燃料电池用铬氮复合极板材料的制备方法，包括如下步骤： 

步骤1，制备铁基基片

按如下质量百分比熔铸铁基合金：C=0.10-0.35%，Al=0.15-0.35%，Zn=0.45-0.70%，Ni=0.15-0.25%，Cu=0.05-0.25%，Pb=0.05-0.15%，余量为Fe，将熔铸后的合金制成铁基基片； 

步骤2，处理铁基基片

上述铁基基片抛光后浸入无水乙二醇中，并在频率为25-40kHz下超声处理1-2h，然后室温下风干，得到表面处理的铁基基片；

步骤3，真空溅射得到铬氮复合铁基基片极板材料

将表面处理的铁基基片置于磁控溅射设备的真空室内，压力保持3×10^-4Pa-5×10^-4Pa为止；

以气体流量为10sccm-12sccm将氦气通入，并使真空室内温度从室温上升至300-400℃；

将磁控溅射设备的溅射功率调至250-300W，当Cr靶上产生辉光放电现象时通入氮气，得到铬氮复合铁基基片极板材料。

其中，步骤1中所述铁基基片厚度优选为0.5-2mm。 

其中，步骤3中，氮气与氦气的气体流量比优选为1:(10-15)。 

其中，步骤3中，通入氮气后，（溅射）沉积2-3h。 

本发明还提供了一种上述方法制备的燃料电池用铬氮复合极板材料。 

本发明制备的燃料电池用铬氮复合极板材料，通过在特定成分的铁基合金基片上，采用溅射的方式，在其表面上形成均匀致密的铬氮覆盖层，该极板材料在用于燃料电池，具有良好的导电性和耐腐蚀性，增长了燃料电池的使用寿命。 

具体实施方式

实施例一

制备铁基基片

按如下质量百分比熔铸铁基合金：C=0.10%，Al=0.15%，Zn=0.45%，Ni=0.15%，Cu=0.05%，Pb=0.05%，将熔铸后的合金制成厚度为0.5mm的铁基基片。 

处理铁基基片

上述铁基基片抛光后浸入无水乙二醇中，并在频率为25kHz下超声处理2h，然后室温下风干，得到表面处理的铁基基片。

真空溅射得到铬氮复合铁基基片极板材料