本发明专利技术公开了一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体及其制造方法，本发明专利技术所述的铁基连接体包括基体和设置在基体表面的表面改性层，所述基体为厚度为0.3～3.0mm的铁素体不锈钢板，所述铁素体不锈钢中铬的重量百分比为10～30％，所述表面改性层为厚度为3～30μm的尖晶石结构合金氧化物。本发明专利技术制备的连接体具有优异的高温抗氧化性能，而且具有良好的电子导电性。发明专利技术涉及的工艺过程简单，尖晶石氧化物改性层与基体结合紧密，具有优异的界面相容性，能够发挥改性层与基体的协同效应，易于实现规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种燃料电池连接体及其表面改性方法，具体地说是一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体及其制造方法，属于燃料电池
技术介绍
固体氧化物燃料电池(SOFC)由于其清洁、高效、大功率、静音等优点，在分布式小型发电厂、船舶/汽车等载运工具上均具有广泛的应用前景。固体氧化物燃料电池是由阳极、阴极和电解质构成一个单电池，单电池的电压在1.0V以下。根据实际应用的功率要求，需要将单电池用连接体联接组合成电池堆，满足电压电流的需求。连接体不仅起着分别向电池阳极和电池阴极分配燃料气体和氧化剂的作用，还起着电子传导连接和传热作用，是一个重要的多功能组件。作为固体燃料电池的关键组件之一的双极连接体，占整个燃料电池堆成本的25％-45％和重量的60％-80％，直接决定着燃料电池的能量密度、体积密度和成本。传统的平板型SOFCs工作温度高，连接体多采用钙钛矿型的导电陶瓷LaCrO3等。随着阳极支撑型平板式SOFCs的中低温化(600～800℃)发展，使得金属合金类材料可以作为连接体材料使用。相对于SOFC使用的陶瓷等连接体而言，金属基材料相对韧性好，易于加工。与常用于高温条件下的铬(Cr)基、镍(Ni)基和钴(Co)基合金，铁(Fe)基合金材料由于成本低、加工性能好等优势而成为中温固体氧化物燃料电池连接体的优选材料。然而，在SOFC运行环境中，铁基合金的高温抗氧化性能较差，表面氧化会导致表面电导率急剧降低的现象出现，进而增大与电极材料的接触电阻。此外，铁基材料多含有Cr，在SOFC环境下形成高价态Cr的化合物，该化合物的挥发与沉积是造成阴极材料污染的重要原因。因而，对铁基材料的表面进行改性是提高其抗氧化性和表面导电性，以及减少和避免Cr化合物挥发的重要途径。用于SOFCs连接体的表面改性层主要有钙钛矿氧化物层、尖晶石氧化物层、萤石型氧化物层和铅锌矿结构氧化物等。目前应用于SOFC的金属连接体表面改性方法主要有溶胶-凝胶、化学/物理气相沉积、等离子喷涂等。但是上述方法难以得到致密的表面改性层，对于阻止连接体合金的进一步氧化，减缓电阻上升和阻止Cr元素挥发的能力不足。另一方面，改性层与基体的结合力不足，易于分层剥落。专利【CN103515628A】公开了一种在金属连接体表面制备Co-Mn尖晶石改性层的方法，是通过微弧沉积技术在基体表面交替沉积Co层和Mn层形成多层膜，再预氧化形成改性尖晶石Co-Mn氧化物层。
技术实现思路
本专利技术针对以上提出的表面改性层不够致密，阻止连接体进一步氧化、减缓电阻上升和Cr元素挥发的能力不足，以及表面改性层与基体的结合力不足的问题，而研究设计一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体。本专利技术采用的技术手段如下：一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体，包括基体和设置在基体表面的表面改性层，所述基体为厚度为0.3～3mm的铁素体不锈钢板，所述铁素体不锈钢中铬的重量百分比为10～30％，所述表面改性层为厚度为3～30μm的尖晶石结构合金氧化物，所述尖晶石合金氧化物的原子比例为Co1+xM2-xO4，其中x为0.1～1.0，元素M为铜、锰、镍、铬中的一种或两种及以上的组合。一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体的制造方法，包括以下步骤：a.将铁基合金连接体基体放置在含有Co离子和M离子的电镀液中，进行基体表面金属元素的电镀处理，元素M为铜、锰、镍、铬中的一种或两种及以上的组合；b.将步骤a中获得的连接体放置于加热炉中空气环境下进行加热氧化处理。进一步地，所述步骤a处理温度为30～80℃，首先采用交流脉冲电流进行基体表面活化，活化过程的负向电流密度为3～6A/dm2，正向电流密度为1～4A/dm2，正向脉冲时间和负向脉冲时间分别为0.1～0.3ms和0.2～0.5ms，总活化时间为5～30min；表面活化后，对基体进行脉冲电沉积金属Co或Co-M合金，正向电流密度为1～8A/dm2，负向电流密度为1～5A/dm2，正负向脉冲时间比为5:1～1:1，总沉积时间为5～40min。进一步地，所述电镀溶液为CoSO4溶液或CoSO4与金属M的硫酸盐的混合溶液。进一步地，所述CoSO4溶液中，CoSO4的浓度为0.01～2.00mol/L，HBO3浓度为0.05～3.00mol/L，C12H25NaSO4浓度为0.001～1.000mol/L，电镀溶液的pH值控制在1.0～6.0之间。进一步地，所述CoSO4与金属M的硫酸盐的混合溶液中，M的硫酸盐的浓度为0.1～2mol/L，CoSO4浓度为0.01～1.50mol/L，HBO3浓度为0.05～3mol/L，C12H25NaSO4浓度为0.001～1.000mol/L，电沉积溶液的pH值控制在1.0～6.0之间。进一步地，所述步骤b中氧化处理的条件为：600℃-950℃空气中加热0.5-8h。与现有技术比较，本专利技术所述的一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体，采用电沉积工艺制备的Co金属层或Co-M合金层能够致密地覆盖于铁基连接体表面；通过进一步的高温氧化过程，能够更加有效地制得致密且厚度可控的含钴的尖晶石结构合金氧化物表面改性铁基合金连接体。通过本专利技术制造的表面改性的铁基合金连接体，不仅具有优异的高温抗氧化性能，而且具有良好的电子导电性。专利技术涉及的工艺过程简单，尖晶石氧化物改性层与基体结合紧密，具有优异的界面相容性，能够发挥改性层与基体的协同效应，易于实现规模生产。附图说明图1是本专利技术的制备的固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体的XRD图。其中，横坐标为2θ，单位为度；纵坐标为衍射强度，单位为a.u.。图中为尖晶石结构的镍钴氧化物衍射峰。具体实施方式下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步说明，下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。本专利技术实施例制得的固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体的XRD图，如图1所示。实施例1电镀前先将430(含Cr17％)不锈钢板切割成尺寸为2cm×4cm×0.1cm大小的试样，表面冲压出气体流场；依次采用稀硫酸溶液、丙酮、酒精等对试样表面进行清洗以除去表面的有机物等和氧化层等杂质。经清洗干净的样品采用脉冲电流对样品表面进行活化，活化过程的负向电流密度为6A/dm2，正向电流密度为4A/dm2，正负向脉冲时间分别为0.1ms和0.4ms，总活化时间为5min。当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体，包括基体和设置在基体表面的表面改性层，其特征在于：所述基体为厚度为0.3～3mm的铁素体不锈钢板，所述铁素体不锈钢中铬的重量百分比为10～30％，所述表面改性层为厚度为3～30μm的尖晶石结构合金氧化物，所述尖晶石合金氧化物的原子比例为Co1+xM2‑xO4，其中x为0.1～1.0，元素M为铜、锰、镍、铬中的一种或两种及以上的组合。
【技术特征摘要】
1.一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体，包括基体和设置在基体表
面的表面改性层，其特征在于：所述基体为厚度为0.3～3mm的铁素体不锈钢板，
所述铁素体不锈钢中铬的重量百分比为10～30％，所述表面改性层为厚度为3～30
μm的尖晶石结构合金氧化物，所述尖晶石合金氧化物的原子比例为
Co1+xM2-xO4，其中x为0.1～1.0，元素M为铜、锰、镍、铬中的一种或两种及以
上的组合。
2.一种固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体的制造方法，其特征在于：
采用表面电沉积合金层-加热氧化二步法原位生长尖晶石的合金氧化物，包括以
下步骤：
a.将铁基合金连接体的基体放置在含有Co离子和M离子的电镀溶液中，进
行基体表面金属元素的电镀处理，M离子为铜、锰、镍、铬中的一种或两种及
以上的组合；
b.将步骤a中获得的连接体在空气环境下进行加热氧化处理。
3.根据权利要求2所述的固体氧化物燃料电池不锈钢双极连接体的制造方
法，其特征在于：所述步骤a处理温度为30～80℃，首先采用交流脉冲电流对电
镀溶液中的集体进行表面活化，活化过程的负向电流密度为3～6A/dm2，正向电
流密度为1～4A/dm2，正向脉冲时间和负向脉冲时间分别为0.1～0.3ms和
0.2～0.5ms，总活化时间为5～30min；表面活化后，对基体进行脉冲电沉积金属
Co或...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊才，程付鹏，季世军，李嵩，文钟晟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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