【技术实现步骤摘要】
本专利技术为燃料电池，特别涉及一种新型质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法。
技术介绍
1、燃料电池(fuel cell)是一种新型的能源电池，它直接将化学能转化成电能，且不受卡诺循环的限制，大大提高了其转化效率，其能源利用率高达50％以上。此外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，反应后的产物基本无污染，正在成为理想的绿色能源之一。
2、质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, pemfc)，又称固体聚合物燃料电池(spfc)。它除了具有燃料电池的优点之外，还具有在低温下能够连续工作、比功率大、快速启动、寿命长的特点，特别是它以氢气和氧气作为化学能参与反应转化为电能，不排放nox，sox和co2等污染物，反应产物为水，因此被认为是一个理想的零排放车辆电源，是当代最具有潜力的燃料电池之一。
3、双极板作为除膜电极之外的第二个关键部件，占pemfc总重量的70%~80%，总体积的50%左右，制造成本占总成本的30%~50%，现已成为pemfc的研究热点之一。双极板在pemfc中起着支撑、集流、分隔氧化剂与还原剂的作用并引导氧化剂和还原剂在电池内电极表面流动和导通电流，因此双极板需满足在酸性条件下不易被腐蚀、导电性良好、与扩散层之间的电阻尽可能小以及机械性能良好等条件。
4、目前，pemfc双极板的主要类型有石墨双极板、金属双极板和复合双极板。石墨是最先被生产作为双极板的材料，也是现在最广泛使用的双极板材料。虽然它具有良好的导电导热性能，且在酸性条件
5、因此，如何平衡导电性和耐蚀性，开发出本身具有合适的耐腐蚀性、导电性和机械性能的双极板材料，对于提升燃料电池的体积功率密度、提升燃料电池的耐久性具有十分重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的是提供一种能够兼顾导电性和耐蚀性的新型质子交换膜燃料电池金属双极板。该金属双极板具备良好的导电性、耐化学腐蚀及电化学腐蚀性，大大提升燃料电池的使用寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，所述金属双极板为体心立方晶体结构的ni-ti基合金，且所述ni-ti基合金的成分至少包括ni、ti元素；优选地，所述ni-ti基合金进一步包括m，所述m为选自nb、cr、v、mo、、au、pd、pt元素中的一种或几种。
4、其中，所述ni-ti基合金选自以下一种：
5、nixtiy，其中45≤x, y≤55，且x + y = 100；
6、nixtiymz，其中43≤x≤47，38≤y≤44，9≤z≤19，且x + y + z = 100；
7、其中，x、y、z为原子百分数。
8、所述ni-ti基合金具有体心立方晶体结构，其晶体大小为亚微米级或纳米级。本专利技术通过采用高导电、高耐腐蚀的ni-ti基合金材料作为双极板，相比传统的不锈钢双极板、钛合金双极板、镍合金双极板和铝合金双极板等金属双极板材料，在pemfc服役环境下（0.5m h2so4+5ppm f-, 70℃），不仅耐蚀性能得到了改善，同时还降低了与扩散层之间的接触电阻，满足双极板长期服役的性能需求，提升了燃料电池的使用寿命。
9、进一步地，所述ni-ti基合金为ni-ti二元合金体系，其中，ni元素的原子百分比为50% ~ 52%，ti元素的原子百分比为48% ~ 50%，且所述ni、ti元素的原子百分比总量为100%。
10、进一步地，所述ni-ti基合金的成分为ni51ti49，其具有较强的耐腐蚀性和导电性。
11、进一步地，所述ni-ti基合金的成分为ni47ti44nb9，其具备优异的耐腐蚀性和导电性，完全满足作为质子交换膜双极板材料持久性的要求。
12、本专利技术还提供一种用于质子交换膜燃料电池的金属双极板的制备方法，包括以下步骤：
13、s1、ni-ti基合金配料：按照元素配比精准称量，配置好原材料；
14、s2、ni-ti基合金铸锭制备：按照ni-ti基合金的成分配比采用熔铸设备熔炼并制备出ni-ti基合金铸锭；
15、s3、金属板成型：将步骤s2制备出的ni-ti基合金铸锭在熔融状态下利用真空吸铸法吸入水冷铜模内，形成长方形片体；
16、s4、使用砂纸对步骤s3制备出的长方形片体进行研磨抛光处理，并在无水乙醇中进行超声以去除表面的杂质，得到ni-ti基合金燃料电池双极板。
17、按上述制备方法，步骤s2中所述熔铸设备为真空非自耗电极电弧熔炼炉，熔炼时反复重熔5-7次，以保证铸锭的成分的均匀性。
18、按上述制备方法，步骤s3中所述长方形片体的尺寸为10×20×1mm。在实际应用中，本专利技术所述ni-ti基合金可根据需要制备成合适的尺寸。
19、按上述制备方法，步骤s4中所述砂纸依次为400#、800#、1200#、2000#砂纸。
20、根据实际需要，本专利技术所述ni-ti基合金还可以采用熔铸熔炼、3d打印、真空甩带等方法制备。
21、本专利技术所述的ni-ti基合金为具有体心立方晶体结构，且所述合金材料中ni元素、ti元素和其他合金化元素的添加量需要控制在所述本专利技术的原子百分比范围内，ni-ti基合金是以ni、ti元素作为主要成分，继而添加其他合金化元素进一步提升合金材料的耐蚀性和导电性。该ni-ti基合金材料所具有的体心立方晶体结构不同于传统双极板所使用的镍合金和钛合金的面心立方晶体结构。目前常见的钛合金、镍合金、铝合金以及不锈钢材料在应用于质子交换膜燃料电池双极板时，长时间工作在酸性电化学腐蚀环境中，表面极易形成钝化膜，钝化膜虽能减缓其腐蚀速率，但表面接触电阻却大大增加，因此工作性能下降，使用寿命降低。而本专利技术所述的ni-ti基合金，存在的ti元素在pemfc的酸性条件下可以形成致密的tio2，tio2可以防止双极板表面免受腐蚀；而存在的ni元素对钝化膜的稳定性有益，而且还能防止钝化膜变厚，钝化膜越薄，越有利降低其接触电阻，因此，本专利技术所述合金材料中的ni元素、ti元素的添加量使其很好地平衡了合金材料的耐蚀性和导电性，具备适当的耐化学腐蚀性能和导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述金属双极板为体心立方晶体结构的Ni-Ti基合金，且所述Ni-Ti基合金的成分至少包括Ni、Ti元素；
2.如权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述Ni-Ti基合金为Ni-Ti二元合金体系，其中，Ni元素的原子百分比为50% ~ 52%，Ti元素的原子百分比为48% ~ 50%，且所述Ni、Ti元素的原子百分比总量为100%。
3.如权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述Ni-Ti基合金的成分为Ni51Ti49。
4.如权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述Ni-Ti基合金的成分为Ni47Ti44Nb9。
5.一种如权利要求1至4任一所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述熔铸设备为真空非自耗电极电弧熔炼炉，熔炼时反复重熔5-7次。
7.如权利要求5所述的制备方法，其
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述砂纸依次为400#、800#、1200#、2000#砂纸。
...【技术特征摘要】
1.一种用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述金属双极板为体心立方晶体结构的ni-ti基合金，且所述ni-ti基合金的成分至少包括ni、ti元素；
2.如权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述ni-ti基合金为ni-ti二元合金体系，其中，ni元素的原子百分比为50% ~ 52%，ti元素的原子百分比为48% ~ 50%，且所述ni、ti元素的原子百分比总量为100%。
3.如权利要求1所述的用于质子交换膜燃料电池的金属双极板，其特征在于，所述ni-ti基合金的成分为ni51ti49。
4.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，李迎平，邓加睿，张国宏，周琼宇，胡飞，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
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。