一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法，包括：(1)对不锈钢金属基体进行切割，随后进行表面除油酸洗，再进行浸泡腐蚀加工，使得基体表面形成微纳米空洞；(2)将经过上述处理的基体超声洗净后，在表面电镀Ni及Ni

【技术实现步骤摘要】
一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法


[0001]本专利技术属于PEM水电解制氢领域，特别涉及一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法。

技术介绍

[0002]目前PEM水电解制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢、储能等领域得到示范应用并逐步推广。过去5年电解槽成本已下降了40％，但是投资和运行成本高仍然是PEM水电解制氢需要面临的重大挑战。PEM水电解制氢区别于碱性水电解制氢，PEM水电解制氢选用具有良好化学稳定性、质子传导性、气体分离性的全氟磺酸质子交换膜作为固体电解质替代石棉膜，能有效阻止电子传递，提高电解槽安全性。PEM水电解槽主要部件由内到外依次是质子交换膜、阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层、阴阳双极板等。
[0003]PEM水电解槽电压较燃料电池高，阳极板需要极高的抗氧化性能和导电性能。传统的不锈钢材料无法满足要求，构筑多梯度涂层是提高阳极双极板寿命的有效途径。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法，该方法得到的阳极双极板具有较高的机械强度、抗氧化性、抗腐蚀性能及优异的导电和疏水性能，适用于强氧化性环境的质子交换膜。
[0005]本专利技术提供了一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法，包括：
[0006](1)对不锈钢金属基体进行切割，随后进行表面除油酸洗，再进行浸泡腐蚀加工，使得基体表面形成微纳米空洞；
[0007](2)将经过上述处理的基体超声洗净后，在表面电镀Ni及Ni
‑<br/>Cr复合层，再挂附导电炭黑与环氧树脂构成的浆料，随后固化、碳化及合金化形成梯度涂层,在最后进行复合轧制和冲压，清理得到PEM电解槽阳极双极板。
[0008]所述步骤(1)中的切割要求为：延伸率≥10％，杯突值≥6.5mm，以保证后续的冲压性能。
[0009]所述步骤(1)中的浸泡腐蚀加工使用的加工液组成为：0.3
‑
0.6mol/L FeCl3，0.3
‑
0.6mol/L NaF和1
‑
2mol/L NaOH；加工时间为0.1
‑
2h。
[0010]所述步骤(1)中的微纳米空洞的深度为10
‑
20μm。
[0011]所述步骤(2)中的Ni涂层厚度为10μm，Ni
‑
Cr复合层的厚度为15
‑
20μm。
[0012]所述挂附导电炭黑与环氧树脂构成浆料的厚度为10
‑
15μm，成分占比为导电炭黑80％，环氧树脂20％，应用酒精作为溶剂混合均匀。
[0013]所述步骤(2)中的固化温度为180
‑
200℃，固化时间为20
‑
40min。
[0014]所述步骤(2)中的碳化温度为600
‑
700℃，碳化时间为3
‑
6h，并通入氮气。
[0015]所述步骤(2)中的梯度涂层为C
‑
CrC(CrCN)
‑
NiCr
‑
Ni
‑
基体涂层。通过Cr金属与碳之间以及气氛终游离的氮在后续的热处理过程中存在扩散而成CrC(CrCN)。所述梯度涂层
有利于提高阳极双极板寿命、抗氧化性能和导电性能，同时表面的石墨碳具有极好的疏水性和导电性能，同时即使在高电压碳进行氧化，仍有CrC(CrCN)陶瓷相可以实现高导电和高抗氧化性。
[0016]所述步骤(2)中的复合轧制温度为550
‑
650℃，时间为2
‑
3h，轧制变形度为5％
‑
8％。
[0017]所述步骤(2)中的清理为：进行冲压流道，同时对表面的碳微粉颗粒进行清理。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术得到的阳极双极板具有较高的机械强度、抗氧化性、抗腐蚀性能及优异的导电和疏水性能，适用于强氧化性环境的PEM电解槽。
具体实施方式
[0020]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。
[0021]实施例1
[0022](1)对不锈钢金属基体进行切割，延伸率≥10％，杯突值≥6.5mm；随后进行表面除油酸洗，再进行浸泡腐蚀加工，加工液组成为：0.3mol/L FeCl3，0.3mol/L NaF和1mol/L NaOH；加工时间为0.2h，使得基体表面形成15μm的微纳米空洞；
[0023](2)将经过上述处理的基体超声洗净后，在表面电镀10μm和20μm的Ni及Ni
‑
Cr复合层，采用刮板挂附导电炭黑与环氧树脂构成浆料(导电炭黑80％，环氧树脂20％)的厚度为10μm。随后180℃下进行固化30min，700℃下碳化2h，氮气气氛，形成C
‑
CrC(CrCN)
‑
Cr
‑
Ni
‑
基体涂层，最后在550℃下氮气保护2h加热，再进行复合轧制，轧制变形度为5％，最后双极板的厚度为2mm，对获得复合涂层样件进行冲压流道，同时对表面的碳微粉颗粒进行清理，最终得到一种PEM电解槽阳极双极板。
[0024](3)对所制备的PEM电解槽阳极双极板进行性能测试，测试采用四探针电阻测试仪进行，直接读出测试电导率，腐蚀电流密度采用三电极测试，腐蚀介质为0.5M H2SO4+5PPMHF，测试温度为70℃，其使用寿命大于5800h，电导率为110S/cm，腐蚀电流密度为0.15μA/cm2。
[0025]实施例2
[0026](1)对不锈钢金属基体进行切割，延伸率≥10％，杯突值≥6.5mm；随后进行表面除油酸洗，再进行浸泡腐蚀加工，加工液组成为：0.6mol/L FeCl3，0.6mol/L NaF和2mol/L NaOH；加工时间为0.1h，使得基体表面形成15μm的微纳米空洞；
[0027](2)将经过上述处理的基体超声洗净后，表面电镀10μm和20μm的Ni及Ni
‑
Cr复合层，采用刮板挂附导电炭黑与环氧树脂构成浆料(导电炭黑80％，环氧树脂20％)的厚度为15μm，随后180℃下进行固化40min，700℃下碳化3h，氮气气氛，形成C
‑
CrC(CrCN)
‑
Cr
‑
Ni
‑
基体涂层，最后在650℃下氮气保护2h加热，再进行复合轧制，轧制变形度为5％，最后双极板的厚度为2mm，对获得复合涂层样件进行冲压流道，同时对表面的碳微粉颗粒进行清理，最终得到一种PEM电解槽阳极双极板。
[0028](3)对所制备的PEM电解槽阳极双极板进行性能测试，测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PEM电解槽阳极双极板的制备方法，包括：(1)对不锈钢金属基体进行切割，随后进行表面除油酸洗，再进行浸泡腐蚀加工，使得基体表面形成微纳米空洞；(2)将经过上述处理的基体超声洗净后，在表面电镀Ni及Ni
‑
Cr复合层，再挂附导电炭黑与环氧树脂构成的浆料，随后固化、碳化及合金化形成梯度涂层,在最后进行复合轧制和冲压，清理得到PEM电解槽阳极双极板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的切割要求为：延伸率≥10％，杯突值≥6.5mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的浸泡腐蚀加工使用的加工液组成为：0.3
‑
0.6mol/L FeCl3，0.3
‑
0.6mol/L NaF和1
‑
2mol/L NaOH；加工时间为0.1
‑
2h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的微纳米空洞的深度为10
‑
20μm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的Ni涂层厚度为10μm，Ni
‑
Cr复合层的厚度为15
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：任忠平，尹国钦，陈绍文，卞海刚，吕淑英，龙先祖，严旭强，
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：