本发明专利技术公开一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板。即先配制SbCl3的乙醇溶液即A溶液，再配制SnCl2·2H2O的乙醇溶液即B溶液,缓慢向B溶液中逐滴滴加A溶液，得到Sb掺杂SnO2溶胶液，再通过结合溶胶浸渍-提拉法和醇热法在304不锈钢双极板表面制备一层Sb掺杂SnO2薄膜涂层，从而得一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板，不仅可有效地提高其在PEMFC环境（0.05MH2SO4+2ppmHF）下的性能，且仍有很好的机械强度。另外，本发明专利技术的具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板的制备方法具有操作简单，利于规模化生产等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板及其制备方法和在PEMFC (质子交换膜燃料电池)中的应用，属不锈钢表面改性
技术介绍
质子交换膜燃料电池，不经过热机过程，不受卡诺循环的限制，能量转化率高达 40%飞0%，若热电合并则效率可达80%;并具有低温启动、无污染等优点，在军事和便携式电源等方面有着广泛的应用前景，也是最有希望取代石化燃料而成为汽车等运载工具的动力源。不锈钢双极板是PEMFC的关键部件之一，占总质量的80%，电池堆成本的45%。理想的双极板材料必须具有高电导、耐腐蚀、低密度，高机械强度、高气密性及易加工成型等优点，因此其性能优劣直接影响电池的输出功率和使用寿命。不锈钢材料由于化学稳定性好、强度高、成本低等优点，是最有应用前景的金属材料。在模拟PEMFC阳极环境中，304不锈钢双极板自腐蚀电流密度为75. 079 μ A/cm2 ； 在模拟PEMFC阴极环境中，304不锈钢双极板自腐蚀电流密度为33. 22 μ A/cm2,长时间处于工作环境下其会发生腐蚀。不锈钢双极板在PEMFC工作环境下，其表面也会发生钝化，因此，一种有效的改性方法是十分必要的。目前国内外工作者已对不锈钢双极板进行了大量的研究，但各种方法仍存在着一定的不足，如Yi等人通过一种柔性的成形工艺在304不锈钢双极板表面制备了一层碳涂层对其进行改性，虽然具有较小的接触电阻，但稳定性仍有待于进一步提高。Feng等人通过磁控溅射离子镀对不锈钢双极板进行了改性，虽然耐蚀性较好，但由于方法比较复杂，实用性存在一定限制，因而不易广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是为了解决上述的技术问题而提供一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板。本专利技术的目的之二是提供上述的一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板的制备方法。即通过结合浸溃-提拉法和醇热法相结合的方法，在304不锈钢上制备一层具有微-纳米结构的耐蚀性的Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板膜，从而提高不锈钢双极板在PEMFC环境中的耐蚀性。本专利技术的技术方案一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板，所述的涂层厚度为l(T20nm， 所述的Sb掺杂SnO2薄膜涂层中Sb和Sn按摩尔百分比计算，即Sb: Sn为I. 65 6. 6%: 98. 35 93. 4%,优选为 6. 6%: 93. 4% ；上述的一种具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板的制备方法，即先配制SbCl3的乙醇溶液，称为A溶液，再配制SnCl2 · 2H20的乙醇溶液，称为B溶液，最后缓慢向B 溶液中逐滴滴加A溶液，最终得到Sb掺杂SnO2溶胶液；然后通过结合溶胶浸溃-提拉法和醇热法在304不锈钢双极板的表面制备一层兼具耐蚀性和导电性的Sb掺杂SnO2薄膜涂层， 其具体包括如下制备步骤(1)、将无水乙醇，SbCl3加入磨口锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器，升温至50°C，磁力搅拌，控制搅拌速率600r/min，形成溶液A ；再将无水乙醇，包裹剂聚乙二醇2000，SnCl2 ·2Η20先后加入另一磨口锥形瓶中，用恒温磁力搅拌器，升温至50 °C,磁力搅拌，控制搅拌速率600r/min,形成溶液B ；最后缓慢向B溶液逐滴滴加A溶液，滴加过程控制温度50°C下，滴加完后进行磁力搅拌，搅拌过程控制转速为600r/min，时间为2h后，再进行陈化24h，得到无色透明的Sb掺杂 SnO2溶胶液；上述所用的SbCl3、SnCl2 · 2H20、聚乙二醇2000和无水乙醇的量按质量体积比计算，即 SbCl3: SnCl2 ·2Η20:聚乙二醇 2000:无水乙醇为 O. 057 O. 228g: 3. 2g: O. 23g:50ml (其中SbCl3: SnCl2 · 2H20换算成摩尔百分比为I. 65 6. 6%: 98. 35 93. 4%)，优选为O. 228g: 3. 2g: O. 23g: 50ml。其中包裹剂聚乙二醇2000的加入主要是为了防止Sn2+、Sb3+发生团聚；(2)、基体材料的预处理基体材料为304不锈钢双极板，先用金相砂纸W20、WlO及W5逐级打磨，对打磨好的基体304不锈钢双极板再用无水乙醇脱脂后用超声清洗5min，之后再用去离子水清洗，最后用空气吹干待用；其中，此过程为现用现做，即304不锈钢双极板要涂膜时再进行此步骤；(3)、将步骤(I)所得的Sb掺杂SnO2溶胶液放入烧杯中，再将步骤(2)预处理好的304 不锈钢双极板材料放入烧杯的Sb掺杂SnO2溶胶液中进行浸溃-提拉成膜，在提拉中保持匀速，提拉完成待膜自然干后放入100°C烘箱中烘干30min，在304不锈钢双极板表面形成一层均匀的薄膜涂层，如果需要更厚的薄膜，重复以上步骤；其中，在浸溃-提拉过程中，304不锈钢双极板在溶胶液中浸溃时间优选为20s，提拉速度为2mm/s ；(4)、将步骤(3)制得的表面具有薄膜涂层的304不锈钢双极板放入外壳为不锈钢，内衬为聚四氟乙烯的高压反应釜中，并向反应釜中加入步骤(I)所得的B溶液至反应釜体积的70%，密封后控制180°C反应温度下反应3h，反应完后自然冷却，并用去离子水清洗其表面，再用空气吹干后放入100°C烘箱中30min，即可得到表面具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的 304不锈钢双极板。上述的表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板制备过程中，浸溃提拉使 Sb掺杂SnO2溶胶液先在304不锈钢双极板的表面形成一层薄膜，以便后面的醇热反应过程中形成的Sb掺杂SnO2薄膜与304不锈钢双极板结合更好。上述所得的表面具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板，在PEMFC环境中具有优良的耐蚀性，从而避免了不锈钢腐蚀产生金属阳离子阻断质子交换膜对氢离子的传导能力。本专利技术的有益效果本专利技术的一种表面具有Sb掺杂SnO2薄膜涂层的304不锈钢双极板，由于表面具有一层Sb掺杂SnO2薄膜涂层，优选在模拟PEMFC阳极环境中，表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304 不锈钢双极板自腐蚀电流密度为O. 1656 μ A/cm2 ;优选在模拟PEMFC阴极环境中，表面具有 Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板为O. 1331 μ A/cm2,且经2400S的恒电位氧化曲线测试发现，表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板在模拟PEMFC阴、阳极环境中，电流在一定时间内迅速下降，之后保持一个稳定值，且最后稳定的电流要比304不锈钢的小2 个数量级，因此，表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板在PEMFC环境下具有很好的耐蚀性和稳定性。本专利技术的表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板，由于其表面具有一层致密均匀的Sb掺杂SnO2薄膜，利用了 Sb掺杂饿SnO2优异的抗化学腐蚀性能，降低PEMFC的酸性环境对不锈钢的腐蚀和钝化作用，也因此避免了腐蚀作用释放出的金属阳离子阻断质子交换膜对氢离子的传导能力而导致的电池寿命减损。本专利技术的表面具有Sb掺杂SnO2薄膜的304不锈钢双极板，由于具有很好的导电性，在PEMFC中大大降低了与膜电极的接触电阻，也因此有效降低了电池的内压降，从而提高了电池的输本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐群杰，潘红涛，云虹，李巧霞，邓先钦，刘明爽，周罗增，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：
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