本申请提供了一种燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其解决了现有金属双极板成形困难，且耐腐蚀性能和导电性能不理想的技术问题；包括：(1)将金属板进行表面电镀处理，获得表面形成钛或钛合金电镀层的金属板；(2)将步骤(1)进行碱热处理，在钛或钛合金表面接枝羟基；进行表面氨基化处理，使钛或钛合金表面带有氨基；(3)浸入氧化石墨烯溶液中，使表面形成一层氧化石墨烯层；(4)将金属板放到3D打印平台，进行3D打印；(5)进行水热处理，接枝到表面的氧化石墨烯还原并聚合成膜；(6)将浸入低分子量的环氧树脂溶液中，加入交联剂进行交联反应，干燥后获得燃料电池双极板。本申请广泛应用于电池电极技术领域。用于电池电极技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板表面微结构的制备方法
[0001]本申请涉及一种燃料电池双极板，更具体地说，是涉及一种燃料电池双极 板表面微结构的制备方法。
技术介绍
[0002]燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转化成电能 的发电装置，由于其转换效率高、对环境无污染、工作温度低、工作寿命长等 特点，在新能源汽车、国防等领域取得了广泛的应用。
[0003]其中，双极板是燃料电池的关键部件之一，双极板起着提供气体反应场所， 收集电流、支撑膜电极、水管理等作用。因此，双极板材料应具有良好的导电 性，较好的耐腐蚀性和机械强度，目前，金属正逐渐成为双极板的首选，燃料 电池的工作环境在pH＝3、温度为70
‑
100℃的高温高酸性环境下，因此金属没 有足够的自身耐腐蚀性，极易发生腐蚀，生成的腐蚀产物破坏电池内部环境， 从而大大降低了燃料电池的寿命。因此提高金属基板的耐腐蚀性和降低接触电 阻是金属极板广泛应用的前提。
[0004]由于金属双极板是流体分布的主要场所，合理设计的流道能够将流体均匀 的分散在膜电极表面，有效提升电池的性能。流道拥有较多的精细结构，设计 复杂，因此对于金属双极板的制造工艺复杂，制造路线复杂冗长，时间成本较 高。
[0005]3D打印技术可以制备可定制化的流道结构，具有灵活应用的巨大优势。然 而，现有技术中采用3D打印的流道结构与金属极板的连接不紧密，易发生流 道移位现象，导致性能下降。
技术实现思路
[0006]为解决上述问题，本申请采用的技术方案是：提供一种燃料电池双极板表 面微结构的制备方法，包括：
[0007](1)将金属板进行表面电镀处理，获得表面形成一层钛或钛合金电镀层的 金属板；
[0008](2)将步骤(1)得到的金属板进行碱热处理，在钛或钛合金表面接枝羟 基；随后进行表面氨基化处理，使钛或钛合金表面带有氨基；
[0009](3)将步骤(2)得到的金属板浸入氧化石墨烯溶液中，使接枝表面形成 一层氧化石墨烯层；
[0010](4)将步骤(3)得到的金属板放到3D打印平台，按照既定流道形状， 进行3D打印；
[0011](5)对步骤(4)得到的金属板进行水热处理，接枝到表面的氧化石墨烯 还原并聚合成膜；
[0012](6)将步骤(5)得到的金属板浸入低分子量的环氧树脂溶液中，加入交 联剂对环氧树脂进行交联反应，取出干燥后获得燃料电池双极板。
[0013]优选地，步骤(1)中，金属板为金属、金属合金或多层金属复合材料，电 镀层厚度
为1
‑
30μm；若金属板为钛或钛合金，则无需进行电镀处理。
[0014]优选地，步骤(2)中，碱热处理指，将金属板置于1
‑
5M的NaOH溶液中， 碱热处理温度为80
‑
120℃，碱热处理时间为1
‑
3h。
[0015]优选地，步骤(2)中，表面氨基化处理指，将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷与 乙醇和去离子水配置成反应溶液，将经过碱热处理的金属板置于该反应溶液中 静置反应2
‑
12h。
[0016]优选地，步骤(3)中，氧化石墨烯溶液浓度为0.05
‑
0.3g/ml，反应时间为 0.5
‑
5h。
[0017]优选地，步骤(4)中，既定流道为燃料电池双极板流道。
[0018]优选地，步骤(4)中，3D打印所用的浆料，按重量份数主要包括氧化石 墨烯10
‑
30份、石墨烯10
‑
30份、碳纳米管10
‑
30份、海藻酸钠5
‑
10份、泊洛 沙姆5
‑
10份以及去离子水40
‑
80份。
[0019]优选地，步骤(5)中，水热处理指，将金属板置于水热反应釜中，在水溶 液中进行水热反应，反应时间为2
‑
6h，反应温度为120
‑
180℃。
[0020]优选地，步骤(6)具体指，将环氧树脂溶解于丙酮后浸入步骤(5)得到 的金属板5
‑
30min，取出金属板后用丙酮轻轻冲洗2
‑
3次，再浸入交联剂溶液中 进行交联反应5
‑
20min；环氧树脂的分子量为300。
[0021]优选地，交联剂为二乙烯基苯、二异氰酸酯、N,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺和乙 二酸中的一种。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]1、本专利技术采取多层抗腐蚀工艺，首先在金属表面实现抗腐蚀金属层(钛或 钛合金)的构建，保护内层金属防止其发生腐蚀，同时通过碱热处理和水热处 理后，在钛金属表面构建了一层连接牢固的氧化还原石墨烯层，由于石墨烯具 有较大的比表面积，能够对镀层表面微孔洞进行修补，阻挡腐蚀因子的渗入， 提高了钛金属镀层的致密性和防腐蚀能力。最后，通过低分子量环氧树脂的填 充作用，将石墨烯层的微孔隙进行填补，保证了氧化石墨烯层的致密性。所形 成的钛/钛合金镀层、石墨烯接枝层和环氧树脂填充层确保双极板的抗腐蚀性 能。
[0024]2、金属双极板需要具有优异的导电性能才能保证燃料电池的发电性能，本 专利技术在钛/钛合金金属镀层表面牢固接枝了氧化还原石墨烯材料。由于石墨烯具 有优异的导电能力，氧化石墨烯材料在水热后可以自主装形成连续的片状结构， 使得所制备的金属双极板导电性能得到提升。
[0025]3、本专利技术采用3D打印构建双极板表面的流道结构，现有技术中采用3D 打印的流道结构与金属极板的连接不紧密易发生流道移位现象，导致性能下降， 而本专利技术采用在钛金属表面接枝3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APS)，由于APS具 有氨基可以与氧化石墨烯连接，经过水热后，APS与氧化还原石墨烯形成强有 力的键合，保证了流道结构与极板的连接，保证了水管理的有效实施。
具体实施方式
[0026]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白， 以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具 体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0027]现对本申请实施例提供的燃料电池双极板表面微结构的制备方法进行说 明。
[0028]所述燃料电池双极板表面微结构的制备方法，具体包括以下步骤：
[0029](1)将金属板进行表面电镀处理，电镀层厚度为1
‑
30μm，获得表面形成 一层钛或钛合金电镀层的金属板；具体地，金属板为金属、金属合金材料或多 层金属复合板。
[0030]若金属板为钛或钛合金，则无需进行电镀处理。
[0031](2)将步骤(1)得到的金属板进行碱热处理，在钛或钛合金表面接枝羟 基；随后进行表面氨基化处理，将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APS)与表面接枝 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其特征在于，包括：(1)将金属板进行表面电镀处理，获得表面形成一层钛或钛合金电镀层的金属板；(2)将步骤(1)得到的金属板进行碱热处理，在钛或钛合金表面接枝羟基；随后进行表面氨基化处理，使钛或钛合金表面带有氨基；(3)将步骤(2)得到的金属板浸入氧化石墨烯溶液中，使接枝表面形成一层氧化石墨烯层；(4)将步骤(3)得到的金属板放到3D打印平台，按照既定流道形状，进行3D打印；(5)对步骤(4)得到的金属板进行水热处理，接枝到表面的氧化石墨烯还原并聚合成膜；(6)将步骤(5)得到的金属板浸入低分子量的环氧树脂溶液中，加入交联剂对环氧树脂进行交联反应，取出干燥后获得燃料电池双极板。2.如权利要求1所述的燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述金属板为金属、金属合金或多层金属复合材料，所述电镀层厚度为1
‑
30μm；若所述金属板为钛或钛合金，则无需进行电镀处理。3.如权利要求2所述的燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述碱热处理指，将金属板置于1
‑
5M的NaOH溶液中，碱热处理温度为80
‑
120℃，碱热处理时间为1
‑
3h。4.如权利要求3所述的燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述表面氨基化处理指，将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷与乙醇和去离子水配置成反应溶液，将经过碱热处理的金属板置于该反应溶液中静置反应2
‑
12h。5.如权利要求4所述的燃料电池双极板表面微结构的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，刘康，朱强，王传杰，陈刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。