[发明专利]一种低成本批量生产金属极板的方法

说明书

本发明涉及一种低成本批量生产金属极板的方法，包括以下步骤：(1)取待加工的金属板进行表面预处理；(2)将防蚀层油墨印刷至步骤(1)得到的处理干净的金属板上，并烘干；(3)取设计好加工图案的图形胶片遮盖金属板，对金属板上的防蚀层油墨进行曝光和显影，露出需要蚀刻的部分；(4)采用蚀刻溶液对需要蚀刻的部分进行加工，蚀刻出相应图形；(5)褪除防蚀层油墨，烘干，即得到一次加工完成的金属极板；(6)重复步骤(2)～步骤(5)0次或1次以上，即得到最终产品金属极板。与现有技术相比，本发明加工的金属极板加工精度高、表面平整、几乎没有残余应力，开发周期短，成本低等。

技术领域

本发明涉及一种液流电池与燃料电池金属极板的开发与制造，尤其是涉及一种低成本批量生产金属极板的方法。

背景技术

液流电池、燃料电池等需要流体参与的发电装置均包括正负极材料、电解质隔膜和供应反应物质和冷却液流体的极板。极板的成本、性能与耐久性极大地影响着液流电池和燃料电池的商业化推广与应用。

液流电池按变价元素体系的不同，可以分为如全钒、全铬、全铁、钛-铁、铬-铁、钒-铈，以及钒-溴等多种类型，但均需要通过将包含不同价态的阴阳离子的溶液通过极板上的流道分别引入正极和负极，发生电化学反应进行充放电。液流电池正/负极电对电位差大，可逆性好，副反应小，溶解度高且稳定，易于制备，价格便宜，环境友好，腐蚀性小。如果能大幅降低离子交换膜和极板等关键材料与部件的制造成本，其在储能领域将有着广阔的应用前景，非常适于大规模的风能、太阳能、潮汐能等可再生能源的规模开发与利用。在新能源的推广应用、实现稳定供电方面具备重要意义。

燃料电池又包括直接甲醇燃料电池(DMFC)、氢/空(氧)燃料电池(PEFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸燃料电池(PAFC)等多种类型。燃料电池以空气或纯氧作为氧化剂，以甲醇、氢气、甲烷和肼等作为燃料，分别在电池的正极和负极发生电化学反应，从而得到电能。因其能量转换效率高、清洁无污染、功率密度高等优点，越来越受到各国政府、能源企业和汽车制造厂商的重视，纷纷开发基于PEMFC的移动电源、发电装置、各种类型的发电站和车用发动机。

液流电池和燃料电池同样需要极板导入液态或气态的反应物质，在某些低温燃料电池中还需要导入冷却介质。作为液流电池和燃料电池的重要组成部件，极板占据了其超过60％的重量，以及整个电堆30％以上的成本。因此，降低极板的成本对于液流电池和燃料电池的商业化推广和应用也具有深远的意义。

极板的功能主要有：(1)收集反应产生的电流并将其从一个单电池的阳极传导到下一个单电池的阴极；(2)分隔氧化剂和还原剂，并在正极和负极表面均匀地分配反应剂；(3)排出生成产物；(4)如有必要，引入冷却介质，确保电堆的温度稳定，并分布均匀；(5)分隔并支撑液流电池或燃料电池中的各组电解质和催化剂。

为了达到上述要求，液流电池和燃料电池的极板必须具有以下要求：(1)高的导电性，以更有效地传导电子；(2)良好的密封性，来阻隔相邻单电池之间的反应物质；(3)抗腐蚀性；(4)较好的抗弯强度和抗压强度；(5)低的制造成本。因此，极板的研究进展对于提升发电装置的比功率密度、降低其制造成本作用显著，对整个液流电池和燃料电池的产业化都具有重要影响，这使得关于极板的材料和加工工艺的研究成为国内外的热点。

极板的材料双极板材料大致可分为如下几类：纯石墨材料、聚合物/导电填料复合材料、碳/碳复合材料、金属材料等。石墨具有优良的导电性和耐腐蚀性，但纯石墨材料本身成本较高，且其质脆，加工难度大，这限制了其大规模的应用。

由于金属具有导电性好、电化学活性高、机械性能优良等特点，传统上常用金属作为电极材料。能作为液流电池和燃料电池的双极板金属材料包括：金、铅、钛、钛基铂、不锈钢、铝和镍基合金等。