一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明专利技术解决的技术是提供一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法。该方法通过将磁性材料制备为极板，对极板正面的导流槽进行改性，背面与绝缘隔热层和电路层进行复合，从而得到快速启动的低温燃料电池改性磁性极板，其制备方法简单，成本低廉。通过本发明专利技术方法制备的极板，可应用于低温和中温燃料电池领域。该极板组成的燃料电池，无需其他辅助工具，即可通过启动时外电场的电路板产生交变磁场，通过极板切割变换磁力线使极板被快速加热至工作温度，从而缩短燃料电池的预热时间，实现燃料电池的快速启动。

A fast-start low-temperature fuel cell modified magnetic plate and its preparation method

The invention relates to a fast starting low-temperature fuel cell modified magnetic plate and a preparation method, belonging to the technical field of fuel cells. The technology of the invention is to provide a fast starting low temperature fuel cell modified magnetic plate and a preparation method. In this method, the magnetic material is prepared as a plate, the guide groove on the front of the plate is modified, and the insulation layer and the circuit layer are combined on the back. The modified magnetic plate for the fast start low temperature fuel cell is obtained. The preparation method is simple and the cost is low. The electrode plate prepared by the method of the invention can be applied to the field of low and medium temperature fuel cells. The fuel cell composed of the plate can generate alternating magnetic field through the circuit board of the external electric field at the start-up without other auxiliary tools. The plate can be heated to the working temperature quickly by cutting and changing the magnetic force line, thus shortening the preheating time of the fuel cell and realizing the fast start-up of the fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法
本专利技术涉及一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法，属于燃料电池

技术介绍
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高;另外，燃料电池用燃料和氧气作为同时没有机械传动部件，故没有噪原料，排放出的有害气体极少;污染少。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。燃料电池是一种新兴的绿色能源，在未来具有广阔的应用空间和发展前景。在燃料电池中，质子交换膜燃料电池由于其较高的质子传导能力和低温下的稳定性，具有工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便等优点，被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源，成为了目前燃料电池汽车的主流电池。然而，燃料电池解决了锂电池续航与充电的硬伤，也带来了自身难以克服的缺陷。1、需要精细的工作环境：水分、温度对于质子交换膜的影响非常大，杂质气体毒化催化剂；2、启动时间较长：低温下燃料电池需要较长的预热时间才能达到工作温度；3、电池动力具有滞后性：燃料电池的能源来自于氢气与氧气的氧化还原反应，其化学能转化为电能的速度相对缓慢。目前燃料电池的快速启动主要依赖于外部加热，，比如，申请号为201210510972.6的专利技术专利公开了一种一种燃料电池低温快速启动系统及其启动方法，包括空气压缩机和燃料电池组，空气压缩机通过一输气管与燃料电池组相连，空气压缩机的进气口连接有一进气管，进气管上设有入口空气阀，燃料电池组的出气口连接有一排气管，排气管上设有限压阀，燃料电池组的出气口还设有一支路管道与空气压缩机的进气口相连，使空气压缩机、输气管、燃料电池组及支路管道构成一循环回路，并且支路管道上设有回路空气阀，上述空气压缩机、入口空气阀、限压阀、温度传感器及回路空气阀均与一控制器连接。该专利技术通过设置一支路管道使空气压缩机和燃料电池组接通循环回路，以达到使燃料电池在低温条件下迅速冷启动的目的。又如，申请号为201480063045.1的专利技术专利公开了一种快速启动型燃料电池，它具有燃料电池模块和蓄电池。所燃料电池能够选择性地通过二极管而被连接至所述蓄电池系统。优选地，所述电力供应系统还具有电流传感器和控制器，所述控制器被配置成在感测到从所述燃料电池流过所述二极管的电流之后使绕开所述二极管的旁路电路中的接触器闭合。所述电力供应系统可以在绕开所述二极管的另一个旁路电路中具有电阻器和接触器。在启动方法中，闭合第一接触器以使得所述燃料电池通过所述二极管而与所述蓄电池并联连接，并且接通用于所述燃料电池的一个或多个反应物泵。监控电流传感器，以得到用于指示有电流流过所述二极管的信号。在指示了所述电流之后，按照绕开所述二极管的方式将旁路电路连接。可见，现有的燃料电池的快速启动主要依赖于外部辅助设备，其设计复杂，对车载系统整体设计造成了不必要的负担。因此针对燃料电池自身的改性提高启动速度具有十分重要的实际意义。
技术实现思路
针对现有低温燃料电池启动缓慢的缺陷，本专利技术提出一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板及制备方法。本专利技术解决的第一个技术问题是提供一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法。本专利技术一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法，可应用于低温和中温燃料电池领域。通过将磁性材料制备为极板，在导流槽背侧与绝缘隔热层和电路层进行复合，获得改性磁性极板材料，具体包括如下步骤：A、磁性极板的制备：将复合金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇溶剂混合后，在室温下以100～200rpm的转速搅拌20～40min，然后在500～800rpm的转速下滴加水合肼，滴加完成后，保持搅拌转速不变，反应0.8～2h，得到浇注液，将浇注液倒入模具中，在150～200℃下水热反应直至溶剂完全挥发，脱模、洗涤、干燥，得到磁性极板；其中，所述复合金属盐为可溶性盐；B、磁性极板的表面改性：磁性极板的导流槽分别使用碱液和酸液依次浸润后，将聚四氟乙烯或聚苯胺在磁性极板表面形成高分子膜层，得到改性后的磁性极板；C、将改性后的磁性极板的背侧涂覆硅胶层，在700～900℃下热处理1.5～3h，使其在背侧形成氧化硅膜，然后将电路板粘接至氧化硅膜上，热空气干燥后将电路板使用绝缘材料包裹，获得快速启动的低温燃料电池改性磁性极板。本专利技术方法，通过将磁性材料制备为极板，在导流槽背侧与绝缘隔热层和电路层进行复合，获得改性磁性极板材料。所述改性磁性极板材料为合金相，其极板结构正面带有表面改性的导流槽，背面依次为氧化硅绝缘层与电路板层，极板磁性材料层与外层的电路板并联至蓄电池与外部负载上，在启动过程中，蓄电池作为启动电源，通过蓄电池对电路板层通电加热至燃料电池开始工作后，通过温控系统切换电路，用燃料电池对电路板层继续加热至工作温度，同时对蓄电池充电，提高燃料电池在低温下的启动速度。可见，本专利技术方法制备得到的低温燃料电池改性磁性极板，可以通过启动时外电场的电路板产生交变磁场，通过极板切割变换磁力线使极板被快速加热至工作温度，从而缩短燃料电池的预热时间。其中，A步骤为磁性极板基体的制备，主要采用复合金属盐、乙烯吡咯烷酮和乙二醇混合均匀后，加入水合肼进行反应，得到浇注液，然后进行浇铸，水热反应，挥发溶剂，去除模具后获得磁性合金极板。复合金属盐是极板合金的来源，常用的可溶性复合金属盐均适用于本专利技术。优选的，所述复合金属盐为硝酸盐、氯化盐、醋酸盐中的至少一种。复合金属盐是阳离子为金属的盐，为了得到磁性极板，优选的，所述复合金属盐中的金属阳离子包括磁性元素和基体元素，所述磁性元素为Fe、Ni、Co中的至少一种，所述基体元素为Al、Cr、Pt中的至少一种。即本专利技术的复合金属盐为混合物，至少有两种复合金属盐的存在，比如，复合金属盐可以为硝酸镍和氯化铬的混合，也可以为氯化铁和硝酸铝的混合，也可以为硝酸镍、硝酸钴和硝酸铁的混合。A步骤中，各种原料的配比对极板性能有一定的影响，优选的，所述复合金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、乙二醇、水合肼的重量比为1:0.5～2:2～5:1～2。A步骤的搅拌是为了混匀液体，促进反应，为了节约成本，方便操作，优选的，所述搅拌为磁力搅拌。作为优选方案，A步骤中，在600rpm的转速下滴加水合肼，滴加完成后，反应1h。水合肼又称水合联氨。纯品为无色透明的油状液体，有淡氨味，在湿空气中冒烟，具有强碱性和吸湿性。水合肼液体以二聚物形式存在，与水和乙醇混溶，不溶于乙醚和氯仿；水合肼还原性极强，因此，水合肼需要缓慢滴加，优选的，水合肼的滴加速度为40～60滴/min。浇注成极板后，需要去除模具，本领域常用的脱模方法均适用于本专利技术，脱模后，优选将极板使用去离子水与乙醇反复洗涤，然后干燥。B步骤为磁性极板的表面改性，将磁性极板的导流槽分别使用碱液和酸液依次浸润后，将聚四氟乙烯或聚苯胺在磁性极板表面形成高分子膜层，得到改性后的磁性极板。采用碱液的酸液依次浸润是为了使后续能够在表面形成均匀的高分子膜层。优选的，所述碱液为30～50wt%的氢氧化钠水溶液，所述酸液为盐酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：A、磁性极板的制备：将复合金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇混合后，在室温下以100～200rpm的转速搅拌20～40min，然后在500～800rpm的转速下滴加水合肼，滴加完成后，保持搅拌转速不变，反应0.8～2h，得到浇注液，将浇注液倒入模具中，在150～200℃下水热反应直至溶剂完全挥发，脱模、洗涤、干燥，得到磁性极板；其中，所述复合金属盐为可溶性盐；B、磁性极板的表面改性：磁性极板的导流槽分别使用碱液和酸液依次浸润后，将聚四氟乙烯或聚苯胺在磁性极板表面形成高分子膜层，得到改性后的磁性极板；C、将改性后的磁性极板的背侧涂覆硅胶层，在700～900℃下热处理1.5～3h，使其在背侧形成氧化硅膜，然后将电路板粘接至氧化硅膜上，热空气干燥后将电路板使用绝缘材料包裹，获得快速启动的低温燃料电池改性磁性极板。

【技术特征摘要】
1.一种快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：A、磁性极板的制备：将复合金属盐、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇混合后，在室温下以100～200rpm的转速搅拌20～40min，然后在500～800rpm的转速下滴加水合肼，滴加完成后，保持搅拌转速不变，反应0.8～2h，得到浇注液，将浇注液倒入模具中，在150～200℃下水热反应直至溶剂完全挥发，脱模、洗涤、干燥，得到磁性极板；其中，所述复合金属盐为可溶性盐；B、磁性极板的表面改性：磁性极板的导流槽分别使用碱液和酸液依次浸润后，将聚四氟乙烯或聚苯胺在磁性极板表面形成高分子膜层，得到改性后的磁性极板；C、将改性后的磁性极板的背侧涂覆硅胶层，在700～900℃下热处理1.5～3h，使其在背侧形成氧化硅膜，然后将电路板粘接至氧化硅膜上，热空气干燥后将电路板使用绝缘材料包裹，获得快速启动的低温燃料电池改性磁性极板。2.根据权利要求1所述的快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法，其特征在于：A步骤中，所述复合金属盐为硝酸盐、氯化盐、醋酸盐中的至少一种。3.根据权利要求1所述的快速启动的低温燃料电池改性磁性极板的制备方法，其特征在于：A步骤中，所述复合金属盐中的金属阳离子包括磁性元素和基体元素，所述磁性元素为F...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，廖健淞，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51