[发明专利]一种质子交换膜电解水制氢用钛双极板的制备方法

说明书

本发明公开了一种质子交换膜电解水制氢用钛双极板的制备方法，包括以下步骤：(1)采用磷酸、硫酸和水制备的混酸为电解液，对钛片进行阳极氧化刻蚀，钛片表面生成TiO₂，反应至电流为0A，刻蚀结束，冲洗，干燥；(2)将碳源和步骤(1)处理后的钛片放入马弗炉中，抽真空，在氩气保护下，升温至800～950℃，保温使碳原子转换TiO₂中的氧原子形成TiC，并在TiC表面形成碳涂层，冷却后得到Ti‑TiC‑C钛双极板；该制备方法通过化学方法生成Ti‑TiC‑C，涂层结合力好，且消除了TiO₂，有利于双极板导电，减少欧姆电阻，耐腐蚀；制备方法简单、高效。

技术领域

本发明涉及一种钛双极板的制备方法，特别涉及一种电解水制氢用钛双极板的制备方法。

背景技术

在质子交换膜水电解制氢中，双极板是一个非常重要的部件，其汇集了气体分子、水分子、离子以及电子等重要部件，因此在一个复杂的溶液环境中，首先要考虑的问题的其在高电压下的耐蚀性问题，一般是钛或不锈钢为主体对其表面进行耐蚀性涂层改性在其表面对其进行Nb、C/N或贵金属涂层制备，提升质子交换膜水电解双极板耐蚀性且降低其界面接触电阻。目前一般是在Ti表面进行碳或耐蚀性涂层进行改性，但是Ti表面易形成TiO₂，该化合物为绝缘体，极大地影响了其导电性。通过磁控溅射的方法在金属表面形成碳涂层或其它耐蚀性涂层，制备成本较高，结合力差。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种涂层结合力强，且涂层中无TiO₂的电解水制氢用钛双极板的制备方法。

技术方案：本发明所述的钛双极板的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用磷酸、硫酸和水制备的混酸为电解液，对钛片进行阳极氧化刻蚀，钛片表面生成TiO₂，反应至电流为0A，刻蚀结束，冲洗，干燥；

(2)将碳源和步骤(1)处理后的钛片放入马弗炉中，抽真空，在氩气保护下，升温至800～950℃，保温使碳原子转换TiO₂中的氧原子形成TiC，并在TiC表面形成碳涂层，冷却后得到Ti-TiC-C钛双极板。

步骤(1)，以磷酸和硝酸的混酸为电解液，钛片为阳极，石墨为阴极，通过阳极氧化法在钛片表面生成层状的多孔TiO₂膜层。将表面生成TiO₂的钛片和能够在高温下汽化生成碳原子的碳源放入马弗炉中，抽真空，将马弗炉中的空气抽出，然后升温至800～950℃，碳源汽化后通过毛细管作用进入到TiO₂表面，碳原子转换TiO₂中的氧原子形成TiC，并在TiC表面形成碳涂层，冷却后得到Ti-TiC-C钛双极板。步骤(2)中，通氩气的目的是排除马弗炉中的空气；将钛片和碳源放入马弗炉中，为防止污染马弗炉，可将钛片和碳源分别放入刚玉舟或者陶瓷坩埚中，再放入马弗炉中。

优选的，所述步骤(1)中，所述刻蚀电压为40～80V；混酸中含H₃PO₄质量分数为60-70％，含H₂SO₄质量分数10-15％，其余为水。H₂SO₄可以在钛表面形成多孔TiO₂膜，可以防止电负性的金属与钛产生接触腐蚀，H₃PO₄可以提供反应中所需的H⁺及缓解刻蚀的作用，且混合酸能提升膜层的孔隙率，有利于表面TiO₂的碳化。