[发明专利]一种质子交换膜燃料电池薄钛双极板的表面改性方法

说明书

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域的一种非贵金属涂层双极板，基体采用薄钛板，涂层采用耐蚀性能优良的金属材料，如Nb、Zr等的一种或几种，对耐蚀性能有了一定改善，并且对与扩散层间的接触电阻有了很大的提高。金属良好的机械性能以及极小的厚度使得其能够进行冲压成型，并且可以加大的减小其本身内阻，提高电堆的质量与体积比功率。与传统技术相比，本发明工艺简单，容易实现批量生产。涂层与基体同为金属因此具有较强的结合力。

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池领域的一种金属涂层双极板。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢燃料和氧化剂中的化学能通过电极反应直接转化为电能的装置，其中生成物只有水，具有能量转换效率高、无污染、快速启动、寿命长和功率密度高等优点，已经受到世界的广泛关注。

双极板作为质子交换膜燃料电池的关键组成部件之一，占整个电堆总成本的40～50％，总质量的70～80％，起着收集和传导电流、分隔氧化剂和燃料气、导通运输气体、传热以及支撑整个电堆骨架的作用。相应地，就需要双极板具有良好的导电导热性、气体渗透率低、较高的机械强度，其苛刻的酸性工作环境也使其必须具有不错的耐腐蚀性。

常用的双极板有石墨双极板、金属双极板和复合材料双极板。石墨双极板作为传统双极板具有良好的导电性能和耐腐蚀性能，目前也有很多领域在使用。但石墨本身孔隙率较大，使其无法很好的阻隔反应气，也很容易造成水的透过；机械性能差，脆性大，这给其加工带来巨大难度，并且在汽车中使用时无法承受汽车行驶时的震动，想克服此类问题又需要增大体积、质量，这就提高了其制造成本，且为各个环节带来不便。因此人们又通过在纯石墨中掺入PTFE这类粘结剂的方法来降低其脆性，这就带来制作工艺的复杂性和成本的提高。相比之下，金属双极板具有良好的机械性能，这为其降低了很多加工成本，并且其良好的韧性允许其被加工至很薄，这样可以较大的提高质量和体积比功率。良好的气体不透过性又可以更好地分隔反应气。常用的金属双极板有铁基合金(不锈钢)双极板和轻金属及其合金(主要为钛和铝)双极板。铁基金属和铝双极板在酸性环境及高电位条件下容易腐蚀，钛基金属双极板耐蚀性较好但导电性较差，因此金属双极板无法满足PEMFC的服役要求，必须对其进行改性。