[发明专利]一种固态聚合物电解质水电解池双极板及其制备方法

说明书

本发明涉及一种固态聚合物电解质（SPE）水电解池的双极板，具体地说是一种SPE水电解池双极板及其制备方法。该方法制备的双极板为分体式结构，具体包括三个步骤：首先单独加工双极板各组件；再将分隔板进行导电处理；最后，将其固定成型后焊接成完整的双极板。它具有优异的导热性、导电性、耐蚀性、阻气性和耐6MPa工作压力，且双极板重量轻，平整度高，满足SPE水电解池工作要求。

技术领域

本发明涉及一种固态聚合物电解质（SPE）水电解池双极板及其制备方法，属于固态聚合物电解质水电解池技术领域。

背景技术

双极板是SPE水电解池的核心部件，占电池组重量和成本的绝大部分，不仅要求具备有很好的导电性、导热性、耐腐蚀，还要有较高的机械强度和气体不可渗透性等特点，所以一直是开发的重点和难点。固态聚合物电解质水电解池双极板常用材料为金属，金属材料不仅强韧性好，而且机械加工性能、导电性、导热性、致密性均较好。现有技术中的代表文献如下：

CN1966777A中描述了一种质子交换膜电解水装置，该装置所用极板采用一体式结构。具体为：其阴极板和阳极板采用1-4mm的钛合金或其他耐腐蚀合金板材，加工过程中先在金属板上加工出沟槽、流道、导流槽和密封槽部分，使其阴极板和阳极板双面都有流道沟槽。随后再加工出电解水、气体进出口方形通孔，氢氧流场板设计为线性流道，流道深0.3-0.6mm，宽0.5-1.0mm。

日本专利JP2000273681A1提出了一种金属超塑成型技术，该技术将金属薄板冲压成型，使得极板两侧表面形成流道，经过导电处理后完成极板的加工。

本发明的双极板不同于以上两种工艺，极板平整度高，平板涂层较耐腐蚀，对其批量化生产有着至关重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种满足固态聚合物电解质水电解池使用的金属双极板及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种固态聚合物电解质水电解池双极板为分体式三层结构，其外侧两层为放置密封胶线的边框，中间为分隔板，该极板制备方式包括以下步骤：

（1）首先加工边框和分隔板；

（2）其次将分隔板进行导电处理；

（3）最后将两层边框和步骤（2）的分隔板粘合后焊接，或者直接将三层组件焊接。

所述的边框和分隔板材质可以是不锈钢、钛、钛合金的一种，或几种的组合。

所述的步骤（1）的边框的通孔、导流槽及外形可采用冲压、锻压、模压、机加工或电加工的一种或几种组合的方式加工；而分隔板可以是整体的片状平板，也可以在环状内边框内部区域形成波纹状流场板，所用加工方式包括冲压、模压、机加工或电加工的一种或几种组合。

所述的步骤（2）的导电处理工艺为电镀、烧结或真空溅射；所述涂层材料为Ag、Pt、Au、氧化铱、铱钌氧化物、铱锡氧化物、氮化钛或碳化钛。

所述的氢（或氧）侧边框，包括：一个环状外边框，两个氧气（或氢气）通孔环状边框，一体式结构的二个氢气（或氧气）通孔环状边框与环状内边框。其中，一体式结构的二个氢气（或氧气）通孔环状边框与环状内边框的连接处有气水流道，或称导流槽，位于靠近分隔板一侧。

所述的步骤（3）的两层边框和分隔板的三层组件可以先粘合成一体，然后进行全部焊接或局部焊接；也可以用夹具将三层组件固定，然后再进行全部焊接。其中，外侧两层环状外边框与分隔板可以采用全部焊接或局部焊接。而气体通孔环状边框，一体式的二个气体通孔环状边框和环状内边框，与分隔板可以只用粘合的方式形成一体，也可以采用粘合与焊接的方式形成一体。

本发明具有如下特性：

1.耐高压。所制备的极板能承受最高压力6MPa。