[发明专利]双极板、其制备方法及应用

说明书

本申请涉及双极板、其制备方法及应用。该双极板包括金属基体、于金属基体表面形成的多孔金属氧化膜层、与多孔金属氧化膜层紧密结合的羟基磷灰石层、与羟基磷灰石层复合的含氟树脂层及与含氟树脂层紧密结合的碳层。上述双极板既具有较好的机械强度和稳定性，又具有较好的耐腐蚀性，且兼具良好的疏水性和导电性能，适用于燃料电池。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及双极板、其制备方法及应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是燃料电池中的一种，其结构主要包括膜电极组件，双极板、集流体、端板等。在PEMFCs运行过程中，双极板的作用是支撑膜电极组件、集流、导热、气体分配、隔绝燃料和氧化剂，因此要求其具有较高的耐腐蚀性、较低的界面电阻率、良好的机械强度、疏水性及在PEMFCs工作环境中良好的稳定性等。

传统的碳基双极板表现出非常优异的耐腐蚀性能和导电性能，但其机械强度差，应用在汽车或其他涉及高频机械振动的设备中容易损坏。相比之下，金属基双极板具有机械强度高、性能稳定的优势，但其耐腐蚀性差，无法满足PEMFCs的强腐蚀性苛刻工作环境。因此，如何提供一种既具有较好的机械强度和稳定性，又具有较好的耐腐蚀性，且兼具良好的疏水和导电性能的双极板成为人们研究的热点。

发明内容

基于此，有必要提供一种既具有较好的机械强度和稳定性，又具有较好的耐腐蚀性，且兼具良好的疏水性和导电性能的双极板，具体方案如下：

一种双极板，包括金属基体、于所述金属基体表面形成的多孔金属氧化膜层、与所述多孔金属氧化膜层紧密结合的羟基磷灰石层、与所述羟基磷灰石层复合的含氟树脂层及与所述含氟树脂层紧密结合的碳层。

上述双极板，通过在金属基体表面形成包括金属氧化膜层、羟基磷灰石层、含氟树脂层和碳层的复合层，利用多层防护可有效屏蔽腐蚀介质侵蚀基体，使其具有良好的耐腐蚀性能；同时，金属氧化膜层的多孔结构与羟基磷灰石层形成互锁，使得羟基磷灰石层被稳固结合在金属氧化膜层表面，羟基磷灰石表面富含的大量羟基又与含氟树脂的氟基团键合，使含氟树脂层被稳固结合在羟基磷灰石层表面，而含氟树脂高分子链中氟的极性较强，可与碳材料表面形成分子间作用力，以将碳层牢固结合在含氟树脂层表面，进一步提高粘结复合作用，通过在金属基体表面形成上述复合层，提升了整个双极板的机械强度和稳定性；另外，碳层本身又具有良好的疏水、导电性能，因此，上述双极板又兼具良好的疏水和导电性能。

在其中一个实施例中，所述碳层中掺杂有热固性树脂。

在碳层中掺杂热固性树脂可进一步提高碳层的粘结强度，从而进一步提升双极板的机械强度和稳定性。

此外，本申请还提供一种双极板的制备方法，具体方案如下：

提供金属基体；

在所述金属基体表面形成多孔金属氧化膜层；

在所述多孔金属氧化膜层表面形成羟基磷灰石层；

在所述羟基磷灰石层表面形成含氟树脂层；

及在所述含氟树脂层表面形成碳层后，加热固化流平，得到所述双极板。

在其中一个实施例中，在所述多孔金属氧化膜层表面形成羟基磷灰石层的方法为：

将表面形成多孔金属氧化膜层的金属基体采用羟基磷灰石水热反应溶液进行处理后烘干。

在其中一个实施例中，在所述羟基磷灰石层表面形成含氟树脂层的方法为：

将含氟树脂的悬浊液喷涂在所述羟基磷灰石层表面后烘干。

在其中一个实施例中，所述含氟树脂为聚四氟乙烯或乙烯-四氟乙烯共聚物；所述含氟树脂的悬浊液中含氟树脂的质量含量为60％～70％。