本发明专利技术提供了一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，包括：步骤1：将铝合金打磨、超声清洗；步骤2：借助恒电位仪分别用高氯酸醇溶液和磷酸溶液对铝合金进行电化学抛光和阳极氧化处理；步骤3：将聚丙烯腈溶液滴在铝合金表面，再进行热处理，得到表面用聚丙烯腈薄膜改性的铝合金双极板。本发明专利技术极大提高了铝合金强酸溶液中的耐蚀性能，另外，本发明专利技术成本低，制备方法简单。
A Method of Modifying the Surface of Aluminum Alloy Bipolar Plate with Polyacrylonitrile Film
The invention provides a method for modifying the surface of aluminium alloy bipolar plate with polyacrylonitrile film, which is characterized by: step 1: grinding and ultrasonic cleaning of aluminium alloy; step 2: electrochemical polishing and anodizing of aluminium alloy with perchloric acid alcohol solution and phosphoric acid solution respectively by potentiostat; step 3: dropping polyacrylonitrile solution on the surface of aluminium alloy, and then proceeding. Aluminum alloy bipolar plates modified with polyacrylonitrile film were obtained by heat treatment. The invention greatly improves the corrosion resistance of aluminium alloy in strong acid solution. In addition, the invention has low cost and simple preparation method.
【技术实现步骤摘要】
一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法
本专利技术涉及质子交换膜燃料电池
，主要是涉及一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的制备方法。
技术介绍
近年来化石燃料的快速消耗，可能无法满足未来的能源需求，同时也会带来酸雨，全球变暖等气候变化。目前，许多国家和公司都在广泛研究和开发计划投入了大量资金，致力于开发新的替代和可再生能源和技术，以可持续的方式弥合当前和未来的能源供需缺口。新能源包括太阳能，风能，水力发电，生物质能，地热能，核能和氢能等。作为氢能源的燃料电池，未来最有前途的绿色和清洁替代能源和能源转换装置。因为它们具有能量转化效率高、无污染、低或零排放的优点。根据燃料电池一般可分为：碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池，其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有功率密度高、运行温度低、启动快、可快速变化输出功率等优点，是汽车等运载工具比较理想的动力源。PEM燃料电池结构的主要组件是双极板和膜电极组件(MEA)。MEA包括质子交换膜，气体扩散层(GDL)和催化剂层。在燃料电池堆中，双极板是关键元件，因为它们占堆的总重量、体积和成本的大部分。目前双极板材料采用石墨材料、聚合物材料、金属材料。其中常见金属材料包括不锈钢、钛合金和铝合金。目前，针对质子交换膜燃料电池双极板的研究很多。但是这些方法通常都存在处理工艺复杂、成本较高、稳定性差等缺点。申请号为2017110999720的中国专利阐明了一种铝基燃料电池双极板表面复合涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)将基体在真空条件下进行等离子体清洗；(2)在清洗后的基体上离子溅射沉积一层纯Ti涂层；(3)在纯Ti涂层上离子溅射沉积一层TiN过渡层；(4)在TiN过渡层上沉积一层银掺杂TiN涂层；(5)保持真空条件不变，进行热处理，使银掺杂TiN涂层中的银在TiN涂层的界面处形成短小银线，并发生团聚。该方法过程复杂，且制备条件极为苛刻，需要在真空条件下进行。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种能够提高铝合金双极板表面耐蚀性的方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，包括：步骤1：将铝合金打磨、超声清洗；步骤2：借助恒电位仪分别用高氯酸醇溶液和磷酸溶液对铝合金进行电化学抛光和阳极氧化处理；步骤3：将聚丙烯腈溶液滴在铝合金表面，再进行热处理，得到表面用聚丙烯腈薄膜改性的铝合金双极板。进一步地，所述的高氯酸醇溶液通过将高氯酸和乙醇混合得到，所述的高氯酸和乙醇的体积比为1：3.5-4.5，更优选1:4。进一步地，所述的磷酸溶液的浓度为0.15-0.25M，优选0.2M。进一步地，所述的聚丙烯腈溶液通过将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，然后在恒温水浴锅中搅拌得到。更进一步地，所述的聚丙烯腈和二甲基甲酰胺的质量体积比为0.4-0.6g：20mL，优选0.5g：20mL，所述的水浴温度为50-70℃，搅拌时间为10-13h，优选水浴温度为60℃，搅拌时间为12h。进一步地，所述的超声清洗包括：将铝合金置于丙酮中，超声清洗，再依次用无水乙醇、去离子水冲洗，以除去铝合金表面油污和油脂。进一步地，所述的电化学抛光处理中，铝合金和铂片分别连接恒电位仪的正负极。进一步地，所述的阳极氧化处理中：铝合金和铂片分别连接恒电位仪的正负极。进一步地，所述的铝合金为铝合金5052。进一步地，所述的打磨为将铝合金依次经过600目、1000目、1500目、2000目的水磨砂纸打磨，再用W3.5的金相砂纸进行打磨。进一步地，所述的电化学抛光处理中的电压为15-25V，时间2-4min，优选电压20V，时间3min。进一步地，所述的阳极氧化处理中的电压为20-35V，时间为15-25min，优选电压30V，时间20min。进一步地，所述的热处理的温度为50-70℃，时间10-13h，优选温度为60℃，时间12h。本专利技术制备所得的聚丙烯腈薄膜改性铝合金表面在模拟质子交换膜燃料电池的模拟液(0.5MH2SO4+2ppmHF)中浸泡，待膜层达到稳定后，较之空白试样的腐蚀电位-692mV，腐蚀电流密度1.341×10-4A/cm2，聚丙烯腈薄膜试样的腐蚀电位正移了214mV，腐蚀电流密度达到了4.868×10-8A/cm2，与空白的试样相比降低了4个数量级，保护效率能达到99％以上，表现出了优异的耐蚀性能。本专利技术利用稳压直流源在高氯酸的醇溶液中进行电化学抛光，再在磷酸溶液中阳极氧化，在铝合金表面形成蜂窝状结构。将配置好的聚丙烯腈溶液滴在处理过后的铝合金表面，最后放在烘箱，60℃干燥时间12h。该方法是一种易操作，易控制及绿色环保的新型制备方法，通过本专利技术的制备方法最终所得的质子交换膜燃料电池铝合金双极板具有较高的防腐性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)利用阳极氧化处理在铝合金表面形成蜂窝状结构2)在铝合金表面制备的聚丙烯腈薄膜，极大提高了铝合金在0.5MH2SO4+2ppmHF强酸性环境下的耐蚀性；3)制备工艺简单，制备条件非常温和，成本较低，稳定性较高，在铝合金表面制备所得的聚丙烯腈薄膜，保护效率高达99％以上，具有非常优异的耐蚀性能。附图说明图1为不同处理表面的铝合金在0.5MH2SO4+2ppmHF的模拟液中的动电位极化曲线图；表1为不同处理表面的铝合金在0.5H2SO4+2ppmHF的模拟液中的动电位极化曲线图对应的相关化学参数列表；图2为不同处理表面的铝合金在0.5H2SO4+2ppmHF的模拟液中的Nyquist图；图3为不同处理表面的铝合金在0.5H2SO4+2ppmHF的模拟液中的Nyquist图；图4分别为10000、90000倍率下阳极氧化后铝合金表面形貌表征图；图5分别为10000倍率下聚丙烯腈薄膜改性铝合金表面形貌表征图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。以下实施例中所用到的各原料均为市售产品。本专利技术的具有耐蚀性能的铝合金表面聚丙烯腈薄膜的表面形貌表征的测定方法用扫描电子显微镜(SU-1500，日本Hitachi公司)观察试样的表面形貌。电化学分析交流阻抗测试和极化曲线的测量都在三电极体系中完成，工作电极为已构建的聚丙烯腈薄膜的铝合金电极，辅助电极和参比电极分别为Pt电极和饱和甘汞电极(SCE)。电化学测试采用仪器为辰华CHI660E电化学工作站。其阻抗频率范围为100kHz-0.01Hz，交流激励信号峰值为5mV；极化曲线扫描范围E±200mV(vs.SCE)，扫描速度为1mV/s。缓蚀效率(η％)按照如下公式计算：其中I0和I分别为未用聚丙烯腈改性和用聚丙烯腈改性的铝合金电极的腐蚀电流密度。实施例1一种用聚丙烯腈改性铝合金双极板表面的制备方法，包括如下步骤：(1)铝合金的预处理将3块50mm×10mm×2mm铝合金5052依次经过600#、1000#、1500#、2000#的水磨砂纸打磨，再用W3.5的金相砂纸进行打磨。将铝合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，包括：步骤1：将铝合金打磨、超声清洗；步骤2：借助恒电位仪分别用高氯酸醇溶液和磷酸溶液对铝合金进行电化学抛光和阳极氧化处理；步骤3：将聚丙烯腈溶液滴在铝合金表面，再进行热处理，得到表面用聚丙烯腈薄膜改性的铝合金双极板。
【技术特征摘要】
1.一种用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，包括：步骤1：将铝合金打磨、超声清洗；步骤2：借助恒电位仪分别用高氯酸醇溶液和磷酸溶液对铝合金进行电化学抛光和阳极氧化处理；步骤3：将聚丙烯腈溶液滴在铝合金表面，再进行热处理，得到表面用聚丙烯腈薄膜改性的铝合金双极板。2.如权利要求1所述的用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，所述的高氯酸醇溶液通过将高氯酸和乙醇混合得到，所述的高氯酸和乙醇的体积比为1：3.5-4.5。3.如权利要求1所述的用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，所述的磷酸溶液的浓度为0.15-0.25M。4.如权利要求1所述的用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在于，所述的聚丙烯腈溶液通过将聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺中，然后在恒温水浴锅中搅拌得到。5.如权利要求1所述的用聚丙烯腈薄膜改性铝合金双极板表面的方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐群杰，曾彦玮，秦真兰，贺子豪，华千慧，闵宇霖，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31
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