一种PEM水解制氢钛金属双极板及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PEM水解制氢钛金属双极板及其制备方法，通过称取一定质量比的镍粉、钴粉、纯钛粉、金属钽铌粉末I和粉末II，进行压实、烧结和热轧制备双极板。本发明专利技术双极板具有抗氧化、耐蚀性能强，表面导电性能和抗腐蚀和强度高、易于冲压变形、成本低等综合性能。双极板的接触电阻低于5mΩ/cm2，阳极环境下的腐蚀电流密度分别低于9

【技术实现步骤摘要】
一种PEM水解制氢钛金属双极板及其制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金及电解水制氢领域，具体涉及到一种PEM水解制氢钛金属双极板及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于可再生能源发展不平衡的矛盾，及风电、光伏等可再生能源波动性和间歇性特点，配置储能系统是解决当前大规模弃风、弃光问题的有效手段。通过弃风、弃光电力电解水制氢技术实现电氢转换，合理利用可再生能源，同时平抑并网波动，实现能源的时空平移，对我国实施能源转型具有重大应用价值。
[0003]质子交换膜(PEM)电解槽负荷范围宽，运行灵活，特别适合于平抑可再生能源并网的波动性，且冷启动时间相较于碱性电解槽快一倍以上，是未来水制氢技术的发展方向。
[0004]双极板作为质子交换膜水电解制氢中的关键部件之一，其被要求有较高的耐腐蚀性、较低的界面电阻率、良好的机械强度、疏水性和抗氧化等综合性能。
[0005]传统不锈钢双极板在长时间运行过程中，容易发生腐蚀，其腐蚀产物容易造成催化剂中毒，从而导致制氢能力大幅降低。钛金属具有较好的抗腐蚀性能和机械强度，但是其成形加工性能不佳，制备出的双极板成本高。
[0006]因此，本领域亟需开发出一种抗腐蚀性强、导电性能好、抗氧化佳、成本可控、易于加工成型等综合性能优异的双极板及其制备方法。

技术实现思路

[0007]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0008]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0009]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法，包括，
[0011]按质量比，取镍粉10～30份和钛粉70～90份进行混合，再取1～5％质量比的钴，混合成粉料Ⅰ；
[0012]按质量比，取金属钽粉20～30份、铌粉20～30份、钛粉20～30份和膨胀石墨粉5～20份，再取1～5％质量比的钴，混合成粉料Ⅱ；
[0013]将粉Ⅰ和粉Ⅱ分别单独球磨机机械合金化处理后，分别向球磨机机械合金化处理后的粉Ⅰ和粉Ⅱ中添加石蜡复合添加剂，混合均匀，制得球磨预处理后粉Ⅰ、粉Ⅱ；其中，石蜡复合添加剂由石蜡、聚苯乙烯和聚乙二醇按5:3:2比例构成，添加量占各自粉体质量比的1～5％；
[0014]依次将球磨预处理后的粉Ⅰ、粉Ⅱ在氮气保护气氛下，在模具内均匀铺展粉Ⅰ，铺展完成后，使用压头将铺平粉料压实；
[0015]再铺展粉Ⅱ，使用压头将铺平粉料压实；
[0016]将压实后料胚在氮气保护炉中加热后保温处理，再将胚料转移至轧制机中，采用多道次热轧工艺，最终厚度为1～2mm的钛金属极板；
[0017]对获得的极板进行冲压，获得相应的双极板成品。
[0018]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：粉料Ⅰ的范围为：取镍粉15～20份和钛粉80～85份进行混合，再取 1～2％质量比的钴。
[0019]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：粉料Ⅱ的范围为：取金属钽粉25～30份、铌粉25～30份、钛粉25～30 份和膨胀石墨粉5～10份，再取1～2％质量比的钴。
[0020]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：所述球磨预处理，其中，球磨机转速为100～200rpm/min，球磨处理时间为130～160min。
[0021]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：成型过程中，粉Ⅰ铺展的厚度为15～30mm。
[0022]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：成型过程中，粉Ⅱ铺展的厚度为2～4mm。
[0023]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：所述将压实后料胚在氮气保护炉中加热后保温处理，其中，加热至1100～1500℃，保温时间为60～120min。
[0024]作为本专利技术所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法的一种优选方案，其中：所述再将胚料转移至轧制机中，采用多道次热轧工艺，最终厚度为 1～2mm的钛金属极板，其中，轧制温度为550～650℃，道次变形量为20～60％。
[0025]本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法制得的产品，所述产品，其接触电阻低于5mΩ/cm2，阳极环境下的腐蚀电流密度分别低于9
×
10
‑8A/cm2，室温拉伸延伸率大于 15％，双极板在1.6
‑
1.8v槽电压下运行24h后的氧化层厚度低于1μm，面积分数小于3％。
[0026]本专利技术有益效果：
[0027](1)本专利技术提供了一种PEM水解制氢钛金属双极板制备方法，通过烧结作用形成的极板基底为Ti
‑
Ni的合金，抗氧化、强度、耐蚀性能强，而后续通过添加的粉II形成表层具有碳化钽铌和碳化钛的结构，该涂层能进一步提高 Ti
‑
Ni的合金的表面导电性能和抗腐蚀和抗氧化性能，双层结构设计实现了水解制氢用双极板综合性能的要求。
[0028](2)本专利技术双极板基底层和表层涂层通过高温扩散和热轧复合作用，界面结合强度高，保证了双极板强度的同时还可以充分发挥基底层和表层涂层的性能优点。
[0029](3)相较于传统钛金属双极板，本专利技术双极板粉末烧结和热轧变形处理后微观组织细小均匀，塑性变形能力强，易于冲压变形，显著降低了成本。
[0030](4)本专利技术双极板以轻质高强的钛粉为主要添加成分，以高耐蚀和抗氧化的镍、钽、铌和钴粉末，通过优化配比，既满足了各项使用性能要求，也降低了双极板的重量。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0032]图1为本专利技术实施例中双层结构示意图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0034]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0035]其次，此处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法，其特征在于：包括，按质量比，取镍粉10～30份和钛粉70～90份进行混合，再取1～5％质量比的钴，混合成粉料Ⅰ；按质量比，取金属钽粉20～30份、铌粉20～30份、钛粉20～30份和膨胀石墨粉5～20份，再取1～5％质量比的钴，混合成粉料Ⅱ；将粉Ⅰ和粉Ⅱ分别单独球磨机机械合金化处理后，分别向球磨机机械合金化处理后的粉Ⅰ和粉Ⅱ中添加石蜡复合添加剂，混合均匀，制得球磨预处理后粉Ⅰ、粉Ⅱ；其中，石蜡复合添加剂由石蜡、聚苯乙烯和聚乙二醇按5:3:2比例构成，添加量占各自粉体质量比的1～5％；依次将球磨预处理后的粉Ⅰ、粉Ⅱ在氮气保护气氛下，在模具内均匀铺展粉Ⅰ，铺展完成后，使用压头将铺平粉料压实；再铺展粉Ⅱ，使用压头将铺平粉料压实；将压实后料胚在氮气保护炉中加热后保温处理，再将胚料转移至轧制机中，采用多道次热轧工艺，最终厚度为1～2mm的钛金属极板；对获得的极板进行冲压，获得相应的双极板成品。2.如权利要求1所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法，其特征在于：粉料Ⅰ的范围为：取镍粉15～20份和钛粉80～85份进行混合，再取1～2％质量比的钴。3.如权利要求1所述PEM水解制氢钛金属双极板的制备方法，其特征在于：粉料Ⅱ的范围为：取金属钽粉25～30份、铌粉25～30份、钛粉25～30份和膨胀石墨粉5～10份，再取1～2％质量比的钴。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：任忠平，尹国钦，陈绍文，郭永华，杨正军，卞海刚，吴罗，叶森莹，
申请(专利权)人：宁波福至新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：