[发明专利]一种新型金属双极板表面改性的方法

说明书

本发明一种新型金属双极板表面改性的方法，步骤1，金属双极板进行电解抛光处理；步骤2.1，将钛、铝、石墨的混合物与氯化钠或氯化钾一起充分研磨，倒入氧化铝坩埚中，在高温条件下氩气保护的环境中保温处理，然后冷却至室温取出，并再次研磨得到MAX相Ti₂AlC₃；步骤2.2将Ti₂AlC₃与氯化锌的混合物进行研磨，再将混合物置于氧化铝坩埚内，在氩气保护的环境中进行高温保温处理，取出用去离子水洗去多余的氯化锌，最后在40℃条件下干燥，制得MXene相Ti₃ZnCl₂材料；步骤3，将制得的Ti₃ZnCl₂ MXene溶液在高压下，通过电喷装置喷到抛光的金属双极板表面，得到表面改性的金属双极板。本发明在金属表面电喷一层MXene材料，使其耐腐蚀性能及接触电阻性能再次提升，提高PEMFC的性能及寿命。

技术领域

本发明涉及电池制造技术领域，尤其涉及一种新型金属双极板表面改性的方法。

背景技术

基于石化燃料枯竭及环境污染顾虑的增加，对新能源的需求迫在眉睫。在所有的可替代能源中，质子交换膜燃料电池(PEMFC其英文proton exchange membrane fuelcell)是目前最好的选择之一。相对于其他类型的燃料电池，PEMFC具有可实现性和使用寿命长的优势，其具有较低的工作温度(100℃)、能量密度高、高能效、能快速启动、无噪音及低挥发的特点，因而在各行各业所应用，其中包括汽车行业、固定发电站、便携设备等领域。

燃料电池电堆是燃料电池的最核心部分，其核心部件包括质子交换膜和双极板等，其中双极板被成为燃料电池堆的“骨架”(直接影响电堆的重量和体积)，其可以起到收集电流、分隔反应气体、支撑电池以及冷却等作用，并直接决定了电堆的输出功率大小和使用寿命。对于燃料电池中的双极板，提出了高要求，须具有高导电和气密性、耐腐蚀性、高机械强度、重量轻等特性，并在实际生产上要求双极板容易加工、尺寸变化率低，成本可控制。目前双极板按照制造材料，可分为石墨板、金属板和复合板，三类双极板在性质上和应用场景上各具特点。

金属材料由于其优异的强韧性、导电导热性、致密性，和加工性能的优点，成为制作燃料电池双极板的潜在材料。为了选择出合适的金属材料，必须深入料解燃料电池运行环境。特别是PEMFC运行在酸性、高温和高湿的环境，加湿和化学反应形成的水中，通常含有易引起不锈钢点蚀的氟离子，并且启动时阴极和阳极电压差最大可达1.0V，在这种苛刻的工作环境下，一般的金属材料都会发生严重的腐蚀问题，不锈钢双极板也会发生电化学腐蚀，降低金属双极板的使用寿命。此外，不锈钢表面在酸性富氧环境下形成的导电性差的氧化物也会增加电池内阻，降低了电池的输出功率。

可见，现有的金属双极板存在以下缺陷：

(1)运行在酸性、高温和高湿的环境，加湿和化学反应形成的水中，会发生严重的腐蚀，降低金属双极板的使用寿命；

(2)在酸性富氧环境下形成导电性差的氧化物，同时增加电池内阻，降低了电池的输出功率。

为了克服上述问题，我们发明了一种新型金属双极板表面改性的方法。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有的金属双极板，存在在酸性、高温和高湿的环境下发生严重的腐蚀，降低金属双极板的使用寿命，形成导电性差的氧化物，同时增加电池内阻，降低了电池的输出功率的问题。其具体解决方案如下：

一种新型金属双极板表面改性的方法，按照以下步骤进行：

步骤1，金属双极板前处理：

为了提高金属双极板的化学稳定性，对金属双极板进行抛光处理；

步骤2，MXene材料的制备：