[发明专利]一种质子交换膜燃料电池组铝合金端板的表面处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及质子交换膜燃料电池组铝合金端板的表面处理方法，可显著提高质子交换膜燃料电池铝合金端板在电池运行条件下的稳定性，从而延长端板的寿命，同时降低了由于端板发生腐蚀而对电池性能产生的不良影响。

背景技术

质子交换膜燃料电池以氢气为燃料，直接将化学能转化为电能而不受卡诺循环的限制，能量转换效率高；唯一产物为水，几乎对环境零污染；同时，PEMFC还具有可低温快速启动，噪声小，功率密度高等优点，非常适合作为电动汽车动力源、便携式小型电源以及水下动力系统电源等。因而，自上世纪九十年代以来，受到各国政府和能源、汽车、家电和军工等各方面的广泛关注，技术发展迅速。

质子交换膜燃料电池属隔膜型燃料电池，目前绝大部分的电池组都是按压滤机方式组装的，而且大多采用内公用管道形式。电池组的主体为MEA(燃料电池的膜/电极三合一组件)、双极板及相应的密封件单元的重复。与电池组两端的集流板相临的是电池组端板，也称夹板，在端板上除布有反应气与冷却液进出通道外，周边还均布一定数目的圆孔。在组装电池组时，圆孔内穿入螺杆，给电池施加一定的组装力，因此端板材料应该具备一定的强度。质子交换膜燃料电池一般在80℃运行，端板在此温度下应保持原来的强度，不发生软化变形。由于操作需要，进口气需要增湿；反应生成的水也随出气一起排除，所以进出口物质是高湿度气体或气液两相流。由于电池内部是弱酸性，所以端板要耐酸腐蚀。为了保证电池在低温环境下正常启动，在冷却水中还要加入一定量的乙二醇防冻液，端板在乙二醇中也应该具有很高的化学稳定性。目前大功率电池组通常在150节以下，端板耐200V左右的电压比较安全。而为了提高整个电池组的重量比功率和体积比功率，端板在保持足够强度的同时，密度越小越好。因而，理想的质子交换膜燃料电池组端板需要具备绝缘性好，耐腐蚀，耐高电压，密度小，强度高等性能。

目前，常用的端板材料包括一些金属及玻璃层压板、工程塑料、聚砜材料等。钛板或不锈钢板等金属材料强度高，但需在集流板与端板之间加入由工程塑料等材料制备的绝缘板，使电池系统复杂化；玻璃层压板在各层之间存在串气，目前还无法解决这个问题；而工程塑料和聚砜材料的热稳定性都不够好，在电池运行的温度下容易软化变形。

铝合金密度小强度高，经阳极氧化后可形成绝缘膜层，是比较理想的端板材料。但之前采用的是固定电压阳极氧化的工艺，然后在沸水中封闭，膜层不可避免的存在缺陷，在电池组运行一段时间后还是会发生腐蚀。本发明通过恒定电流密度的阳极氧化工艺，获得了更加致密的氧化膜层；然后用环氧树脂封闭，固化后的环氧树脂膜层基本无孔，而且绝缘性能也很好。因此本发明所获得的功能膜层，可以更好的满足质子交换膜燃料电池对端板的性能要求。

相关专利如下：

USP20050048347提出一种质子交换膜燃料电池组端板材料的制作方法，该法将热固性的树脂与无机填充物混合后使之固化。其中树脂的含量在1-47％(质量百分比)；无机填充物的含量为50-96％。所选用的树脂包括：环氧树脂、顺丁烯二酰亚胺树脂、苯酚树脂、聚酯树脂及硅树脂等。

USP20020182470提出了一种注塑燃料电池端板的方法。该端板以热塑性树脂为主，辅以30％以上质量含量的长度超过5mm的玻璃增强纤维。热塑树脂包括：聚芳砜、聚芳酮醚等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池组铝合金端板的表面处理方法。将铝合金端板阳极氧化后，在其表面涂敷一层环氧树脂，并使树脂固化。经此方法处理后，在铝合金表面获得了致密耐腐蚀的绝缘功能层，从而提高了端板在电池运行环境下的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种质子交换膜燃料电池组铝合金端板的表面处理方法，首先将铝合金端板进行阳极氧化，使其表面形成氧化膜；然后在氧化膜表面涂敷一层环氧树脂，加热使树脂固化，从而在端板表面获得致密耐腐蚀的绝缘功能层。

铝合金阳极氧化过程采用恒定电流密度的工艺；所述恒定电流密度的工艺为，将铝合金在40～80℃的5～100g/L的NaOH溶液中放置30～300秒，碱蚀除去表面的氧化皮，然后放入10％-30％硝酸中洗去浮灰，再在体积比5％～50％的硫酸溶液中进行阳极氧化，温度8～15℃，采用恒流电源，电流密度0.5～3A/dm²，时间20～60min。