專利名稱：集電板及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池用集電板及其制作方法。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell)是一種將化學(xué)自由能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它利用氫氣、天然氣、煤氣以及甲醇等非石油類燃料與純氧或空氣分別在電池的兩極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，連續(xù)不斷地向負(fù)載提供直流電。
質(zhì)子交換膜燃料電池是燃料電池的一種，其工作原理是在電池的陽極及陰極分別提供含氫燃料及氧化劑，利用兩極不斷地發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流。
對(duì)于質(zhì)子交換膜燃料電池，其為一多層結(jié)構(gòu)。燃料電池單電池的中間層為傳輸質(zhì)子的電解質(zhì)膜，也稱質(zhì)子交換膜。位于質(zhì)子交換膜兩側(cè)的是觸媒層，陽極與陰極的電化學(xué)反應(yīng)分別在這兩層中進(jìn)行。在兩層觸媒層外側(cè)各有一擴(kuò)散層，陽極與陰極的反應(yīng)物即經(jīng)由這兩層擴(kuò)散至觸媒層，而生成物也可經(jīng)由這兩層擴(kuò)散排出。上述五層通常被稱之為膜電極組(Membrane ElectrodeAssembly，以下簡稱MEA)。在MEA兩側(cè)各有一集電板，其作用是收集電子并將其經(jīng)由外線路傳送至負(fù)載。集電板的位于MEA的一側(cè)形成有導(dǎo)流槽，陽極與陰極的反應(yīng)物與生成物，及冷卻流體均經(jīng)由該導(dǎo)流槽進(jìn)出燃料電池。位于燃料電池最外層有兩片壓板，用以固定鎖緊整個(gè)燃料電池。
實(shí)際應(yīng)用中，由于單電池產(chǎn)生的電壓相對(duì)較小，為獲取有用的更高電壓，通常將兩個(gè)或兩個(gè)以上單電池通過直疊方式串聯(lián)成電池組。在串聯(lián)型電池組中，內(nèi)集電板的兩側(cè)面均設(shè)置有導(dǎo)流槽，其中一面作為一個(gè)MEA的陽極導(dǎo)流面，而另一面作為另一相鄰MEA的陰極導(dǎo)流面。而位于整個(gè)電池組兩端部之外集電板與單電池的集電板相同。
現(xiàn)有技術(shù)中，集電板通常是采用石墨材料，其抗腐蝕能力較強(qiáng)；然而石墨材料易碎，在其表面加工出導(dǎo)流槽的難度較大，成本較高；且石墨材料具有較高的接觸電阻，導(dǎo)電性不佳。
為降低集電板的接觸電阻，現(xiàn)有技術(shù)中揭露了另一種集電板。該集電板由一集電板基體(如，不銹鋼及鋁)，該集電板基體至少一表面具有導(dǎo)流槽；及一電鍍在該集電板基體表面的金層構(gòu)成。然而，在燃料電池環(huán)境中，反應(yīng)物與生成物水，及冷卻流體對(duì)金層具有一定的腐蝕作用；而直接在不銹鋼及鋁等集電板基體上電鍍的金層與集電板基體的結(jié)合性相對(duì)較差，其將導(dǎo)致該種集電板的防腐性能不佳。
有鑒于此，有必要提供一種集電板及其制作方法，其可具有較佳的防腐性能及導(dǎo)電性。

發(fā)明內(nèi)容下面將以具體實(shí)施例說明一種集電板及其制作方法，其可具有較佳的防腐性能及導(dǎo)電性。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種集電板，其包括一集電板基體；一位于該集電板基體表面的鎳層；及一位于該鎳層表面的金層。
所述集電板基體的材質(zhì)包括不銹鋼、鋁及銅。
優(yōu)選的，所述鎳層的厚度為10～500nm。
優(yōu)選的，所述金層的厚度為10～50nm。
以及，提供一種集電板制作方法，其包括以下步驟提供一集電板基體；在該集電板基體表面形成一鎳層；在該鎳層表面形成一金層。
優(yōu)選的，為進(jìn)一步降低該集電板的接觸電阻，提升其導(dǎo)電性能；在金層形成之后對(duì)該集電板進(jìn)行化學(xué)研磨。
所述鎳層的形成方法包括電解鎳及無電解鎳。
所述金層的形成方法包括電解鍍金及無電解鍍金。
所述集電板基體的材質(zhì)包括不銹鋼、鋁及銅。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案所提供的集電板及其制作方法，其采用金屬材質(zhì)集電板基體，并在該集電板基體上先形成一鎳層，再在該鎳層上形成金層。由于鎳層具有較佳的防腐效果，且其與集電板基體及金層的結(jié)合性均較佳；另外，由于金層的接觸電阻較小，導(dǎo)電性較佳。因此，該集電板可具有較佳的防腐性能及導(dǎo)電性。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供一集電板基體的示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例在集電板基體表面形成一鎳層的示意圖。
圖3是沿圖2的剖線III-III的剖示圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例在鎳層表面形成一金層的示意圖。
圖5是沿圖4的剖線V-V的剖示圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的集電板制作方法包括以下步驟參見圖1，首先提供一集電板基體10。具體步驟為首先，提供一黃銅板、不銹鋼板或鋁板等金屬板，采用機(jī)械加工制作成集電板雛形，即集電板基體10。該集電板基體10的至少一表面形成有多個(gè)導(dǎo)流槽12，用于燃料電池用反應(yīng)物、生成物及冷卻流體的進(jìn)出。本實(shí)施例中，集電板基體10的單一表面具有導(dǎo)流槽12，其可作為燃料電池用外集電板。當(dāng)然，也可在集電板基體的相對(duì)的兩面形成導(dǎo)流槽，以作為燃料電池用內(nèi)集電板。為降低該集電板基體10的粗糙度，可對(duì)其進(jìn)行研磨、拋光，使其粗糙度達(dá)10～100nm。
然后，將上述集電板基體10進(jìn)行脫脂，以除去其表面的油污等雜物。本實(shí)施例中，采用熱脫脂法將上述集電板基體10置于一含有熱脫脂劑的溶液中，該種熱脫脂劑可選用各種已商業(yè)化的適用于銅、不銹鋼、或鋁等金屬材質(zhì)的熱脫脂劑，該熱脫脂劑的選用可視集電板基體10的材質(zhì)不同而不同。將含有熱脫脂劑的溶液加熱至40℃～50℃，并進(jìn)行1～5min(分鐘)即可。當(dāng)然，熱脫脂時(shí)間可視集電板基體10的除油效果適當(dāng)延長。熱脫脂完畢后，用純水沖洗該集電板基體10以備后續(xù)工藝使用。
參見圖2及圖3，在該集電板基體10表面形成一鎳層20。其具體實(shí)施方法為一般而言，如果上述集電板基體10的形狀較規(guī)則時(shí)，采用電解鎳法較佳；其可獲取的鎳層厚度為10～50nm。電解鎳法較適用于表面粗糙度較小的集電板基體10。若所述集電板基體10的形狀相對(duì)不規(guī)則時(shí)，采用無電解鎳法較佳；其可獲取的鎳層厚度為10～500nm。無電解鎳法較適用于表面粗糙度較大的集電板基體10?？偠灾?，可視集電板基體10的形狀及表面粗糙度選用合適的鍍鎳方法。
目前，電解鎳及無電解鎳法的鍍鎳工藝很多，可以采用如下工藝(1)電解鎳法，工藝配方及操作條件為硫酸鎳(g/L) 250～350氯化鎳(g/L) 30～60硼酸(g/L) 30～40磷酸氫二鉀(g/L) 4.7～40溫度(℃)50～60PH值3～5電流密度(A/dm2)0.02～15.0(2)無電解鎳法，工藝配方及操作條件為NiSO4·7H2O(g/L) 21NaH2PO2·H2O(g/L) 18～26丙酸(ml/L) 2乳酸(ml/L) 30焦亞硫酸鉀(ml/L) 0～1PH值 4～6溫度(℃) 80～90當(dāng)然，鎳層20的形成也可采用其它工藝配方及相應(yīng)操作條件。待集電板10的表面鎳層20形成后，為進(jìn)一步提升該鎳層20與后續(xù)形成的金層的結(jié)合性能，可對(duì)表面形成有鎳層20的集電板基體10進(jìn)行電解脫脂以除去鎳層20表面的油污等雜物。電解脫脂溫度可設(shè)置為55～80℃；脫脂時(shí)間可設(shè)置為1～3min，當(dāng)然，可視其除油效果適當(dāng)延長脫脂時(shí)間。待電解脫脂完畢后，用純水沖洗該表面形成有鎳層20的集電板基體10以備后續(xù)工藝使用。
參見圖4及圖5，在該鎳層20表面形成一金層30。其具體實(shí)施方法為一般而言，如果上述集電板基體10的形狀較規(guī)則時(shí)，采用電解鍍金法在鎳層20表面形成金層30較佳。若所述集電板基體10的形狀相對(duì)不規(guī)則時(shí)，采用無電解鍍金法較佳?？偠灾梢暭姲寤w10的形狀選用合適的鍍金方法。金層30的厚度可視鎳層20表面的粗糙度而定；該金層30的厚度一般可為10～50nm。
目前，電解鍍金及無電解鍍金法的鍍金工藝很多，可采用如下工藝(1)電解鍍金法，工藝配方及操作條件為K6[Au(SO3)2EDTA](g/L) 10.5～123K2Na2EDTA(g/L) 17.8～140硫酸鉀(g/L)12.6～110磷酸氫二鉀(g/L)4.7～40溫度(℃) 18～60電流密度(A/dm2) 0.02～15.0其中，EDTA代表乙二胺四乙酸。
(2)無電解鍍金法，工藝配方及操作條件為氰化亞金鉀(g/L)0.5～2.0檸檬酸銨(g/L) 40～60氯化銨(g/L)70～80偏亞硫酸納(g/L)10～15亞磷酸納 10～15PH值 4.5～5.8溫度(℃) 85～95當(dāng)然，金層30的形成也可采用其它工藝配方及相應(yīng)操作條件。
待位于鎳層20表面的金層30形成后，即可獲取一集電板(如圖4所示)。該集電板(參見圖5)包括一集電板基體10；一形成在該集電板基體10表面的鎳層20；及一形成在該鎳層20表面的金層30。由于該集電板基體10為金屬材質(zhì)，且在該集電板基體10上先形成一鎳層20，再在該鎳層20上形成金層30。由于鎳層20具有較佳的防腐效果，且其與集電板基體10及金層30的結(jié)合性均較佳；另外，由于金層30的接觸電阻較小，導(dǎo)電性較佳。因此，該集電板可具有較佳的防腐性能及導(dǎo)電性。
另外，為進(jìn)一步減小該集電板的接觸電阻，提升其導(dǎo)電性能；可對(duì)集電板進(jìn)行化學(xué)研磨。具體步驟為將集電板置于一含有研磨劑的溶液進(jìn)行化學(xué)研磨，研磨劑可選用目前已商用化的適用于金材質(zhì)的各種研磨劑?；瘜W(xué)研磨操作溫度為室溫；研磨時(shí)間為1～2min。當(dāng)然，具體研磨時(shí)間可視集電板的表面狀況適當(dāng)延長，使其表面粗糙度大大降低；進(jìn)而進(jìn)一步提升集電板的導(dǎo)電性能。當(dāng)然，應(yīng)控制化學(xué)研磨去除的金層厚度小于金層30的厚度。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，如適當(dāng)變更形成鎳層20及金層30的工藝配方與操作條件，熱脫脂劑與研磨劑的種類等，只要其不偏離本發(fā)明的技術(shù)效果均可。這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集電板，其包括一集電板基體；一位于該集電板基體表面的鎳層；及一位于該鎳層表面的金層。
2.如權(quán)利要求1所述的集電板，其特征在于所述集電板基體的材質(zhì)包括不銹鋼、鋁及銅。
3.如權(quán)利要求1所述的集電板，其特征在于所述鎳層的厚度為10～500nm。
4.如權(quán)利要求1所述的集電板，其特征在于所述金層的厚度為10～50nm。
5.如權(quán)利要求1所述的集電板，其特征在于所述集電板基體的至少一表面具有多個(gè)導(dǎo)流槽。
6.一種集電板制作方法，其包括以下步驟提供一集電板基體；在該集電板基體表面形成一鎳層；在該鎳層表面形成一金層。
7.如權(quán)利要求6所述的集電板制作方法，其特征在于還進(jìn)一步包括步驟在金層形成之后對(duì)該集電板進(jìn)行化學(xué)研磨。
8.如權(quán)利要求6所述的集電板制作方法，其特征在于所述鎳層的形成方法包括電解鎳及無電解鎳。
9.如權(quán)利要求6所述的集電板制作方法，其特征在于所述金層的形成方法包括電解鍍金及無電解鍍金。
10.如權(quán)利要求6所述的集電板制作方法，其特征在于所述集電板基體的材質(zhì)包括不銹鋼、鋁及銅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集電板，其包括一集電板基體；一位于該集電板基體表面的鎳層；及一位于該鎳層表面的金層。該種集電板采用金屬材質(zhì)集電板基體，并在該集電板基體上先形成一鎳層，再在該鎳層上形成一金層。由于鎳層具有較佳的防腐效果，且其與集電板基體及金層的結(jié)合性均較佳，金層的接觸電阻較小，導(dǎo)電性較佳，因此，該集電板可具有較佳的防腐性能及導(dǎo)電性。本發(fā)明還提供一種集電板制作方法。
文檔編號(hào)H01M4/64GK1913205SQ200510036580
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月12日
發(fā)明者黃全德 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司