[发明专利]一种氮化硼纳米片改性质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的方法

说明书

本发明涉及一种氮化硼纳米片改性质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的方法，包括以下步骤：(1)取预处理后的铝合金基体置于水溶液中，阳极氧化；(2)取PVDF的氮甲基吡咯烷酮溶液，再加入BN纳米片，混合均匀，得到三元混合处理液；(3)再将步骤(2)得到的三元混合处理液涂覆在步骤(1)中经阳极氧化后的铝合金基体表面，烘干，煅烧，即完成改性。与现有技术相比，本发明可极大地提高铝合金双极板在PEMFC模拟液中的耐蚀性能，且本发明成本低，操作简单，可工业化批量生产等。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氮化硼纳米片改性质子交换膜燃料电池用铝合金双极板的方法。

背景技术

能源是国民经济发展的动力，社会存在的源泉，持续安全的能源供应是关系到国计民生甚至国家安全的重大战略性问题。然而，随着社会的不断发展进歩，对能源的需求越来越大，传统的能源体系己无法满足未来对高效、清洁、经济与安全的需求。因此开发新型洁净的绿色能源迫在眉睫，质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气或净化重整气为燃料，以空气或纯氧为氧化剂，不仅具有一般燃料电池所拥有的高效率，无污染，无噪声，可连续工作的特点，而且还具有功率密度高，工作温度低，启动快，使用寿命长等优势，在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面都有广阔的应用前景，引起越来越多国家和企业的重视。

虽然目前有关PEMFC的基础与应用研究已取得长足进展，但离商业化仍相当的距离，成本与寿命是其关键制约因素。除膜与催化剂外，作为燃料电池关键部件之一的双极板在整个电池重量与成本控制方面起着非常重要的作用，它占据电池重量的70％～80％和成本的45％。双极板基体材料的选择直接影响到燃料电池的电性能和使用寿命，现在使用最广泛的双极板是石墨双极板，采用的加工方法是精密的机械加工，加工费用相当高(每块500cm²双极板加工费大于100美元)，占双极板费用的80％以上，而且加工时间比较长，不容易大批量生产。因此需要寻求一种成本低，高性能，加工简单可大批量生产的双极板，以降低PEMFC的成本、促进其的商业化发展。

相比于石墨，铝合金具有重量更轻、电阻更低、传热更快和成本更低等优势，是更理想的质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板材料。质子交换膜燃料电池的工作介质呈弱酸性，其pH值为3-5，并含有一定量的SO₄^2-，F^-和较少量的NO₃^-，Cl^-等腐蚀性离子，电池的运行温度一般在60-100℃，因此在如此苛刻的环境下铝合金双极板极易发生腐蚀。如何解决铝合金双极板在PEMFC工作环境中的腐蚀问题仍是当今研究的重点和难点。

六方氮化硼(BN)俗称白石墨，其晶体结构和石墨相同，具有高度各向异性，可以通过机械剥离或液相剥离制备单层BN纳米片。BN纳米片层表面平整，无悬挂健，化学稳定性好、介电特性好，因此BN纳米片是一种具有巨大潜力的防腐材料。

近年来，国内外学者围绕铝合金表面的改性开展了许多新的探索研究，致力于增强铝合金材料在PEMFC环境下的耐蚀性能。申请号为201510937054.5的中国发明专利公布了一种石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法，该方法制备的双极板是在0.01mol/L Na₂SO₄+0.01mol/L HCl的比较温和的模拟溶液中测试的且腐蚀电流密度仅降低2个数量，耐腐处理效果仍不失很理想。申请号为201610223097.1的中国发明专利公布了一种质子交换膜燃料电池的不锈钢双极板表面改性的方法，该方法在改性的双极板时需要用到大量HNO₃、HCl、HF等强酸且需要进行电化学极化，该方法污染环境且消耗电能。申请号为200710014455.9中国发明专利公布的一种燃料电池用双极板的制备方法，采用碱性和酸性双溶液体系化学镀镍磷合金对铝合金双极板表面进行了改性，但该方法不仅要用到大量有毒有害的化学试剂而且制备工艺极为复杂。

发明内容