一種燃料電池用鉻氮復合極板材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種燃料電池用鉻氮復合極板材料及其制備方法：C、Al、Zn、Ni、Cu、Pb、Fe熔鑄后制成鐵基基片；鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，超聲處理；表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，真空室內溫度從室溫上升至300-400℃，濺射功率調至250-300W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入氮氣，沉積，即得到鉻氮復合鐵基基片極板材料。本發明專利技術制備的燃料電池用鉻氮復合極板材料，通過在特定成分的鐵基合金基片上，采用濺射的方式，在其表面上形成均勻致密的鉻氮覆蓋層，該極板材料在用于燃料電池，具有良好的導電性和耐腐蝕性，增長了燃料電池的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種燃料電池電極材料的制備方法，尤其涉及一種燃料電池用鉻氮復合極板材料及其制備方法。
技術介紹
聚合物電解質燃料電池不但具有能量轉化效率高、壽命長、環境友好等特點，而且工作溫度低、啟動快，因而成為應用于交通運輸和建設分散電站的動力源。作為聚合物電解質燃料電池中重要的多功能組件之一，雙極板不僅具有分隔反應氣體、集流導電、支撐膜電極和導熱作用，還能與流場板結合為反應氣體提供通道，使反應氣體分布均勻，并將生成的水排出。雙極板必須由導電和機械性能良好、化學穩定的低滲透材料制備，從而降低電池組的能量損耗并延長使用壽命。作為一種重要的多功能組件，雙極板的性能直接影響PEMFC的使用壽命和輸出功率。傳統的石墨雙極板，因脆性大、強度低，難以制備重量輕、體積小的燃料電池組，而且在其表面機加工各種流場的工藝耗時且費用高。不銹鋼的導電導熱性能好、資源豐富、成本低、強度高，是制造燃料電池雙極板的理想材料。但是雙極板材料在酸性工作環境下將面臨溶解或鈍化等腐蝕問題，因此有必要在不銹鋼表面形成一層導電且耐腐蝕的覆蓋層。傳統意義上采用電鍍方法在不銹鋼表面鍍鉻，鍍層存在較多的疏松、穿孔等缺陷，且導電性能和耐腐蝕性能并未得到明顯提高。因此，迫切需要通過一種新的表面改性方法來提供低成本、高表面導電性和良好耐蝕性的金屬雙極板。
技術實現思路
本專利技術提供，使用該方法制備的極板復合材料用于薄膜燃料電池時，具有良好的導電性和耐腐蝕性，并且成本相對較低。為了實現上述目的，本專利技術提供的，包括如下步驟: 步驟I，制備鐵基基片 按如下質量百分比熔鑄鐵基合金:c=0.10-0.35%, Al=0.15-0.35%, Zn=0.45-0.70%,Ni=0.15-0.25%, Cu=0.05-0.25%, Pb=0.05-0.15%，余量為Fe，將熔鑄后的合金制成鐵基基片; 步驟2，處理鐵基基片 上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為25-40kHz下超聲處理l_2h，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片； 步驟3，真空濺射得到鉻氮復合鐵基基片極板材料 將表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，壓力保持3X 10_4Pa_5X 10_4Pa為止； 以氣體流量為10SCCm-12SCCm將氦氣通入，并使真空室內溫度從室溫上升至300-400 0C ； 將磁控濺射設備的濺射功率調至250-300W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入氮氣，得到鉻氮復合鐵基基片極板材料。其中，步驟I中所述鐵基基片厚度優選為0.5_2mm。其中，步驟3中，氮氣與氦氣的氣體流量比優選為1: (10-15)。其中，步驟3中，通入氮氣后，(濺射)沉積2_3h。本專利技術還提供了 一種上述方法制備的燃料電池用鉻氮復合極板材料。本專利技術制備的燃料電池用鉻氮復合極板材料，通過在特定成分的鐵基合金基片上，采用濺射的方式，在其表面上形成均勻致密的鉻氮覆蓋層，該極板材料在用于燃料電池，具有良好的導電性和耐腐蝕性，增長了燃料電池的使用壽命。具體實施例方式實施例一 制備鐵基基片 按如下質量百分比熔鑄鐵基合金:c=0.10%, Al=0.15%, Zn=0.45%, Ni=0.15%, Cu=0.05%,Pb=0.05%，將熔鑄后的合金制成厚度為0.5mm的鐵基基片。處理鐵基基片 上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為25kHz下超聲處理2h，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片。真空濺射得到鉻氮復合鐵基基片極板材料 將表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，并將磁控濺射設備的真空室抽真空，至真空室內壓力為3X10_4Pa為止；以氣體流量為IOsccm將氦氣通入壓力為3 X 10_4Pa的真空室內，然后通過調節加熱電流使真空室內溫度從室溫上升至300 0C;將磁控濺射設備的濺射功率調至250W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入氮氣,氮氣與氦氣的氣體流量比為1:10，沉積2h，即得到鉻氮復合鐵基基片極板材料。實施例二 制備鐵基基片 按如下質量百分比熔鑄鐵基合金:c=0.35%, Al=0.35%, Zn=0.70%, Ni=0.25%, Cu=0.25%,Pb=0.15%，余量為Fe，將熔鑄后的合金制成厚度為2mm的鐵基基片。處理鐵基基片 上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為40kHz下超聲處理lh，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片。真空灘射得到絡氣復合鐵基基片極板材料 將表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，并將磁控濺射設備的真空室抽真空，至真空室內壓力為5X KT4Pa為止；以氣體流量為12sCCm將氦氣通入壓力為5 X 10_4Pa的真空室內，然后通過調節加熱電流使真空室內溫度從室溫上升至400 0C;將磁控濺射設備的濺射功率調至300W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入氮氣,氮氣與氦氣的氣體流量比為1:15，沉積3h，即得到鉻氮復合鐵基基片極板材料。比較例 在Imm厚的不銹鋼片上采用反應性磁控濺射法制備，濺射腔由一個渦輪分子泵和一個機械泵抽真空直到小于0.5MPa，采用金屬鉻作為濺射靶。反應氣體為氮氣，沉積薄膜過程中的氣體壓強保持在0.7 Pa。濺射電源的功率為40瓦，并且保持沉積片和靶之間的距離為5厘米。先濺射半小時以除去靶上的污染，然后在不銹鋼片和玻璃上沉積薄膜。基片溫度為室溫150°C，沉積時間為2小時。將上述實施例一、二以及比較例所得產物，制成相同規格的燃料電池。在測試溫度為25°C下進行電性能測試，經測試該實施例一和二的的材料與比較例的產物相比，導電性能提高了 30-45%，使用壽命提高1.5倍以上。以上對本專利技術的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本專利技術并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本專利技術進行的等同修改和替代也都在本專利技術的范疇之中。因此，在不脫離本專利技術的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本專利技術的范圍內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池用鉻氮復合極板材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，制備鐵基基片按如下質量百分比熔鑄鐵基合金：C=0.10?0.35%，Al=0.15?0.35%，Zn=0.45?0.70%，Ni=0.15?0.25%，Cu=0.05?0.25%，Pb=0.05?0.15%，余量為Fe，將熔鑄后的合金制成鐵基基片；?步驟2，處理鐵基基片上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為25?40kHz下超聲處理1?2h，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片；步驟3，真空濺射得到鉻氮復合鐵基基片極板材料將表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，壓力保持3×10?4Pa?5×10?4Pa為止；以氣體流量為10sccm?12sccm將氦氣通入，并使真空室內溫度從室溫上升至300?400℃；將磁控濺射設備的濺射功率調至250?300W，當Cr靶上產生輝光放電現象時通入氮氣，得到鉻氮復合鐵基基片極板材料。

【技術特征摘要】
1.一種燃料電池用鉻氮復合極板材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，制備鐵基基片 按如下質量百分比熔鑄鐵基合金:c=0.10-0.35%, Al=0.15-0.35%, Zn=0.45-0.70%,Ni=0.15-0.25%, Cu=0.05-0.25%, Pb=0.05-0.15%，余量為Fe，將熔鑄后的合金制成鐵基基片; 步驟2，處理鐵基基片 上述鐵基基片拋光后浸入無水乙二醇中，并在頻率為25-40kHz下超聲處理l_2h，然后室溫下風干，得到表面處理的鐵基基片； 步驟3，真空濺射得到鉻氮復合鐵基基片極板材料 將表面處理的鐵基基片置于磁控濺射設備的真空室內，壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姜波，
申請(專利權)人：上海錦眾信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：