專利名稱：質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池元件，特別是其金屬雙極板。
雙極板在PEMFC中具有分布并分隔反應(yīng)氣體、收集并傳輸電流等作用，其制作材料及加工費(fèi)用是PEMFC成本高的主要原因之一。現(xiàn)在，雙極板主要采用石墨、金屬材料和碳復(fù)合材料進(jìn)行制作。石墨雙極板的脆性大，且厚度較大，據(jù)估計(jì)，石墨雙極板的成本約占由其制備的PEMFC成本的80％。碳復(fù)合材料可以改善石墨雙極板的性能，并在一定程度上降低雙極板的成本，但其加工工藝十分復(fù)雜，且其長(zhǎng)期穩(wěn)定性尚待探索。用金屬作雙極板既易于批量生產(chǎn)，又可制成薄板(0.1～0.3mm)而直接沖壓成形，可以大幅度提高PEMFC的比能量和比功率、降低電池成本。常用的金屬雙極板材料主要有不銹鋼、鈦、鋁合金等。PEMFC的工作環(huán)境呈弱酸性，且含有Cl-、F-、SO42-等離子，對(duì)金屬(如不銹鋼)雙極板具有較強(qiáng)的腐蝕作用，因此，金屬雙極板存在腐蝕和表面接觸電阻較大這二個(gè)急待解決的難題。對(duì)金屬雙極板材料表面進(jìn)行防護(hù)處理，以提高其耐蝕性能和表面電接觸性能，是各國(guó)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的技術(shù)之一，對(duì)金屬雙極板的制備和PEMFC的發(fā)展具有特別重要的意義。目前，金屬雙極板的表面處理技術(shù)是高度保密的，文獻(xiàn)僅報(bào)道了金、銀、鉑、TiN、Cr2N等涂層，貴金屬涂層的成本高，不利于制作低廉的PEMFC，TiN等涂層具有一定的涂層缺陷，防腐蝕作用有限，制備無(wú)缺陷的涂層較為困難。運(yùn)用低成本、低接觸電阻和高耐蝕的表面涂層是制備滿足長(zhǎng)期使用要求的金屬雙極板的關(guān)鍵工藝和發(fā)展方向。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由基體及其表面導(dǎo)電耐蝕涂層構(gòu)成，其特征在于涂層為導(dǎo)電耐蝕的金屬氧化物涂層，涂層厚度為0.1-50μm。
金屬氧化物涂層可以是錫氧化物或銦氧化物涂層。
涂層可以為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層和外層為金屬氧化物涂層，中層為純金屬涂層。
上述的純金屬涂層可以為鉻涂層或鉬涂層。
基體為不銹鋼薄板，或者為鋁或鋁合金薄板上沉積不銹鋼涂層，基體厚度為0.1-0.3mm。
涂層制備方法可以用氣相沉積、噴涂熱解等方法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用低廉的導(dǎo)電耐蝕金屬氧化物替代現(xiàn)有技術(shù)中的貴金屬涂層，其成本有成千倍的降低，而且加工容易，工藝簡(jiǎn)單，加工成本低，有利于成批量生產(chǎn)；可制成較薄的金屬雙極板，提高PEMFC的重量比能量和體積比能量，從而可以制作成本低廉的質(zhì)子交換膜燃料電池，使其得以發(fā)展和推廣應(yīng)用。同時(shí)本發(fā)明還提供了三層結(jié)構(gòu)的涂層，不但其結(jié)構(gòu)新穎，而且能進(jìn)一步提高其導(dǎo)電耐蝕性能。
圖2是

圖1中A處局部放大圖。
圖3是本發(fā)明另一種實(shí)施例的金屬雙極板局部剖面放大圖。
表1不同涂層結(jié)構(gòu)及厚度金屬雙極板


權(quán)利要求
1.一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，由基體(1)及其表面導(dǎo)電耐蝕涂層(2)構(gòu)成，其特征在于涂層(2)為導(dǎo)電耐蝕的金屬氧化物涂層，涂層(2)厚度為0.1-50μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于金屬氧化物涂層(2)為錫氧化物或銦氧化物涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于涂層(2)為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層(3)和外層(5)為金屬氧化物涂層，中層(4)為純金屬涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于純金屬涂層(4)為鉻涂層或鉬涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板，其特征在于基體(1)為不銹鋼薄板，或者為鋁或鋁合金薄板上沉積不銹鋼涂層，基體(1)厚度為0.1-0.3mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板。它由基體及其表面導(dǎo)電耐蝕涂層構(gòu)成，涂層為導(dǎo)電耐蝕的金屬氧化物，涂層厚度為0.1－50μm。本發(fā)明提供的金屬雙極板材料及其加工成本低、加工工藝簡(jiǎn)單，有利于批量生產(chǎn)，金屬氧化物涂層導(dǎo)電耐蝕性能好，能制成較薄的金屬雙極板，提高燃料電池的重量比能量和體積比能量。
文檔編號(hào)H01M4/86GK1421946SQ0215518
公開(kāi)日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月17日
發(fā)明者李謀成, 沈嘉年, 武朋飛, 李凌峰, 肖美群 申請(qǐng)人:上海大學(xué)