[发明专利]一种燃料电池用铬碳复合极板材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池电极材料的制备方法，尤其涉及一种燃料电池用铬碳复合极板材料的制备方法。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)能将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，其转化效率高、环境友好、可靠性强，被认为是21世纪首选的高效的可持续发电技术。在各类燃料电池中，质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）具有启动快、寿命长、比功率高等优点，除适用于地面发电站以外，还特别适合用于可移动动力源和各种便携电源，是电动车和其它交通工具甚至是武器载运的理想电源之一，因此质子交换膜燃料电池的发展对整个新能源技术领域的发展具有举足轻重的作用。

作为聚合物电解质燃料电池中重要的多功能组件之一，双极板不仅具有分隔反应气体、集流导电、支撑膜电极和导热作用，还能与流场板结合为反应气体提供通道，使反应气体分布均匀，并将生成的水排出。双极板必须由导电和机械性能良好、化学稳定的低渗透材料制备，从而降低电池组的能量损耗并延长使用寿命。作为一种重要的多功能组件，双极板的性能直接影响PEMFC的使用寿命和输出功率。

传统的石墨双极板，因脆性大、强度低，难以制备重量轻、体积小的燃料电池组，而且在其表面机加工各种流场的工艺耗时且费用高。

不锈钢的导电导热性能好、资源丰富、成本低、强度高，是制造燃料电池双极板的理想材料。但是双极板材料在酸性工作环境下将面临溶解或钝化等腐蚀问题，因此有必要在不锈钢表面形成一层导电且耐腐蚀的覆盖层。

传统意义上采用电镀方法在不锈钢表面镀铬，镀层存在较多的疏松、穿孔等缺陷，且导电性能和耐腐蚀性能并未得到明显提高。因此，迫切需要通过一种新的表面改性方法来提供高表面导电性和良好耐蚀性的金属双极板。

发明内容

本发明提供一种燃料电池用铬碳复合极板材料的制备方法，使用该方法制备的负极复合材料用于薄膜燃料电池时，具有良好的导电性和耐腐蚀性，并且成本相对较低。

为了实现上述目的，本发明提供的一种燃料电池用铬碳复合极板材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备铁基基片

按如下质量百分比熔铸铁基合金：C=0.10-0.35%，Al=0.15-0.35%，Zn=0.45-0.70%，Ni=0.15-0.25%，Cu=0.05-0.25%，Pb=0.05-0.15%，Si=0.10-0.15%，Cr=0.20-0.35%，余量为Fe，将熔铸后的合金制成铁基基片； 

步骤2，处理铁基基片

上述铁基基片抛光后浸入无水乙二醇中，并在频率为25-40kHz下超声处理1-2h，然后室温下风干，得到表面处理的铁基基片；

步骤3，真空溅射得到覆碳铁基基片

将上述处理后的铁基基片，安放于电弧离子镀的真空室中，由真空系统将真空室真空抽到3-5×10^-4Pa，之后充入工作气体、启动阴极碳靶电弧并加偏压开始进行粒子溅射基板钝化膜去除处理，弧电流为5-10A，时间为1-2h，然后降低偏压到-400V--600V，调整工作气压到0.3Pa-0.5Pa，同时调整弧流为20-60A开始进行薄膜沉积过程，再经过充分炉冷后放开真空取出覆盖了碳的铁基基片；

步骤4，渗铬得到铬碳复合极板材料

采用金属铬粉40-60wt%，氧化镁20-40wt%，硝酸铵20-40wt%混合混匀，配制渗铬剂，将渗铬剂进行球磨，在惰性气体气氛下和温度为700-900℃条件下，采用球磨后的渗铬剂对喷丸预处理后的金属双极板进行渗铬，渗铬后即得到质子交换膜燃料电池用铬碳复合极板材料。

其中，步骤1中所述铁基基片厚度优选为1-2mm。

其中，步骤2中，薄膜沉积过程保持时间优选为2-3h。

其中，步骤4中所述惰性气体优选为氩气。

本发明还提供了一种上述方法制备的燃料电池用铬碳复合极板材料。

本发明制备的燃料电池用铬碳复合极板材料，通过在特定成分的铁基合金基片上，采用溅射覆碳及渗铬工艺，在其表面上形成均匀致密的铬碳覆盖层，该复合极板材料在用于燃料电池，具有良好的导电性和耐腐蚀性，能增长了燃料电池的使用寿命。

具体实施方式

实施例一

制备铁基基片