[发明专利]一种质子交换膜燃料电池的流场板

说明书

本发明公开了一种质子交换膜电池的流场板，包括金属基板和设置于所述金属基板上的涂层；所述金属基板为厚度为铝制流场板，所述涂层包括防腐涂层、聚乙炔层和石墨烯金属复合膜；所述铝制流场板厚度为100‑200um，所述铝制流场板上设有流道；所述防腐涂层为在所述铝制流场板表面形成的致密石墨烯涂层；所述聚乙炔层和所述石墨烯金属复合膜交替重复设置在所述防腐涂层外侧，重复的次数为3‑8次。解决了铝制流场板在燃料电池环境下的腐蚀问题。

技术领域

本发明涉及一种质子交换膜燃料电池的流场板。

背景技术

燃料电池是一种可以高效地将燃料和氧化剂通过电极反应直接转化为电能的发电装置。质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton exchange membrane fuel cells)是以固体质子交换膜为电解质，氢气或甲醇为燃料，空气或氧气为氧化剂的燃料电池。

PEMFC的核心是MEA（膜电极组件）和双流场板，MEA是电化学反应的场所，双流场板实现气体均匀分配、收集电流以及排水。为了气体分配和收集电流，双流场板通常需具有良好的导电性能、导热性能、抗燃料和氧化剂的穿透性和在电化学环境中的抗腐蚀性能等。双流场板包括配对的两个流场板，流场板多种多样，常见的有多孔体流场和由各种金属网构造的网状流场板，点状、部分蛇型流场板、交指状流场等。

现有技术中通常在金属流场板表面涂覆导电且耐腐蚀的涂层，常用的金属流场板为不锈钢，不锈钢与铝合金相比，二者价格相当，但是不锈钢的制备工艺复杂，铝合金的制备工艺简单，但是铝的化学性质活泼、不稳定，如何将铝合金应用到流场板中，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提出一种质子交换膜燃料电池的流场板，解决了铝制流场板在燃料电池环境下的腐蚀问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种质子交换膜燃料电池的流场板，包括金属基板和设置于所述金属基板上的涂层；所述金属基板为厚度为铝制流场板，所述涂层包括防腐涂层、聚乙炔层和石墨烯金属复合膜；所述铝制流场板厚度为100-200um，所述铝制流场板上设有流道；所述防腐涂层为在所述铝制流场板表面形成的致密石墨烯涂层；所述聚乙炔层和所述石墨烯金属复合膜交替重复设置在所述防腐涂层外侧，重复的次数为3-8次；

其中，预处理后的所述铝制流场板放入含有浓度为1-100mmol/L的四羟基合铝酸根离子的0.05-5mg/ml的氧化石墨烯水溶液中浸渍2-24小时，浸渍温度为20-100℃；取出干燥后在浸渍与20-160g/L的次磷酸钠溶液中处理2-24小时，处理温度为20-100℃；取出后清洗干燥，即在所述铝制流场板表面形成了致密石墨烯涂层；

将所述铝制流场板放入丙酮溶液中，采用三极电体系，所述铝制流场板为工作电极，通入乙炔气，电流低电位为-1.5V，电流密度为30mA/cm2，极化时间为150-220s，在所述铝制流场板上形成聚乙炔层；

所述石墨烯金属复合膜呈现有序、致密的石墨烯层状结构，石墨烯膜与膜之间存在共价键，边缘及缺陷处存在大量球形或半球形金属精细颗粒，颗粒直径处于5-300nm之间，金属元素院子个数与碳原子的个数比为0.5-10%。

可选的，所述四羟基合铝酸根离子的浓度为3-80mmol/L；所述氧化石墨烯水溶液额浓度为0.1-3mg/mL；所述铝制流场板在该溶液中的浸渍温度为30-90℃，浸渍时间为3-18小时。

可选的，所述次磷酸钠溶液的浓度为30-120g/L；所述铝制流场板在该溶液中的处理温度为40-180℃，处理时间为4-18小时。

可选的，所述石墨烯金属复合膜中的金属是铜、镍、锰、锌、银。