通道、无密封槽的新结构，这使得燃料电池电堆发电系统的体积功率密度和比功率大大提高，可高于传统金属双极板一倍之多。
【附图说明】
[0016]图1为燃料电池双极板性能比较。
[0017]
【具体实施方式】
实施例1
一种质子交换膜燃料电池用金属双极板的制备工艺，包括:1)将钛皮(优选纯钛皮)通过压印方法制备供反应气体分布的平行流道，形成单极板。平行流道从极板的一端到另一端贯通，极板上无密封槽；2)将一片钛材或钛合金皮与上述带有流场的单极板通过点焊方法制备成双极板。3)在双极板表面上制备一层高导电性和耐蚀性的碳化钛层，其厚度为1 μ m,腐蚀电流为0.9 μ A/cm2,面比电阻为9 Ω.cm2,氣气渗透系数为1.8X 106 cm3/ (sec.cm2.Pa)。钛皮厚度根据需要任意选择，优选0.03~0.1mm,这样可使双极板的整体厚度减小至1_ ;进而可以降低燃料电池的整体重量，进而提高其比功率，较薄的钛皮也利于散热。
[0018]碳化钛层采用表面原位氧化还原新工艺制备而成，具体制备工艺为:1)将钛皮在纯氧环境下加热至3003伙TC (优选40(TC )，在双极板表面上制备一层Ti02，厚度为
；2)将上述带有Ti02层的钛基金属双极板置N2气氛中加热到?说?050Χ:(优选850°C )，并缓慢通入氢气和天然气的混合气体，进气摩尔比为H2:天然气=0.5:99.5~ 3:97(优选1:100) Λ果1.5 ~ ih，使Ti02层转变为TiC层。冷却后即完成制备金属双极板成品。
[0019]为比较不同双极板的性能，分别采用51片本发明的方法制成的金属双极板、与51片未经处理的钛金属双极板和51片石墨双极板组装成燃料电池电堆，进行发电实验，性能对比如图1所示。从图中可看出，未经处理的钛双极板燃料电池在0.5A/cm2的电压为
0.56V，而经过本发明TiC处理的钛双极板燃料电池在0.5A/cm2的电压为0.66V，与石墨板的性能相似。经过300小时长期放电后，未经处理的钛双极板燃料电池性能衰减了 52mV，而经过本发明TiC处理的钛双极板燃料电池的电压衰减为25mV，也与石墨板的性能相似。
[0020]实施例2
采用钛合金皮(钛合金可分为结构钛合金和耐热钛合金，或α型钛合金、β型钛合金和α + β型钛合金。上述任一种钛合金都可用)作为金属双极板基材，其制备工艺为:1)将钛合金皮通过压印方法制备供反应气体分布的平行流道，形成单极板。平行流道从极板的一端到另一端贯通，极板上无密封槽；2)将一片钛合金皮与上述带有流场的单极板通过点焊方法制备成双极板。或上述两片单极板通过点焊方法制备成双极板。3)在双极板表面上制备一层高导电性和耐蚀性的碳化钛层，其厚度为50μπι，腐蚀电流为0.5μ A/cm2，面比电阻为6 Ω.cm2,氣气渗透系数为1 X 106 cm3/ (sec.cm2.Pa)。
[0021]作为进一步优选的实施方式，所述钛合金皮的厚度为0.1mm，相应的双极板的整体厚度为4mm;进而可以降低燃料电池的整体重量，进而提高其比功率，较薄的钛皮也利于散热。
[0022]本发明上，碳化钛层采用表面原位氧化还原新工艺制备而成，具体制备工艺为:1)将钛合金双极板在纯氧环境下加热至500°C，在双极板表面上制备一层Ti02，厚度为30-50 μ m ;2)将上述带有Ti02层的钛合金双极板置N2气氛中加热到800-1050°C，并缓慢通入氢气和甲烷的混合气体，进气摩尔比为H2:甲烷=3:97，保温2h，冷却后使Ti02层转变为TiC层。即制得本发明金属双极板。
[0023]采用上述实施例1和2获得的金属双极板组装的燃料电池构成的电堆发电系统比功率可达500W/kg以上，功率密度可达550W/L以上。
[0024]实施例3
一种质子交换膜燃料电池，其包括采用上述实施例1或2制得的金属双极板。
[0025]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
【主权项】
1.一种质子交换膜燃料电池用金属双极板的制备工艺，其特征在于包括如下步骤: 1)、采用钛基金属制成双极板； 2)、将上述双极板加热至200°C~600°C，以在双极板表面上制备一层Ti02 ； 3)、将上述双极板在惰性气体气氛中加热到50(Tll0(rC时，通入氢气和碳氢燃料的混合气体，使Ti02层转变为TiC层。2.根据权利要求1所述制备工艺，其特征在于:氢气和碳氢燃料的混合气体进气摩尔比为 0.5: 99.5 ~ 3: 97。3.根据权利要求2所述制备工艺，其特征在于:在所述步骤4中，将上述双极板在惰性气体气氛中加热到50(Tll00°C时，通入氢气和碳氢燃料的混合气体，并保温至少0.5h。4.根据权利要求1所述制备工艺，其特征在于:所述钛基金属皮为钛材或钛合金金属皮，厚度为0.03~0.1mm,双极板的整体厚度为lmnT4mm ；TiC层厚1~50 μ m。5.根据权利要求4所述制备工艺，其特征在于:采用钛基金属制成双极板的步骤包括: 将钛材或钛合金金属皮通过压印方法制备供反应气体分布的平行流道，形成单极板；所述平行流道从极板的一端到另一端贯通； 将一片钛材或钛合金皮与上述带有流场的单极板通过点焊方法制备成双极板，或将上述两片单极板通过点焊方法制备成双极板。6.根据权利要求1所述制备工艺，其特征在于:在所述步骤3中，将上述双极板在纯氧环境下加热。7.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于包括:采用如权利要求1-6之一所述的制备工艺制备得的金属双极板。
【专利摘要】本发明涉及一种质子交换膜燃料电池用金属双极板的制备工艺，包括如下步骤：（1）采用钛基金属制成双极板；（2）将上述双极板加热至200℃~600℃，以在双极板表面上制备一层TiO2；（3）将上述双极板在惰性气体气氛中加热到500~1100℃时，通入氢气和碳氢燃料的混合气体，使TiO2层转变为TiC层。本发明的TiC层采用低成本的表面原位氧化还原改性直接制备而成，TiC层生成方案，成本较低，环保，使用寿命较长，钛基体表面先后生成的TiO2层、TiC层采用"一锅法”实现，工艺简单、成本低廉，可批量生产。
【IPC分类】H01M4/88
【公开号】CN105322184
【申请号】CN201410321881
【发明人】朱浩, 朱艾成, 王诚, 刘发喜, 董文超
【申请人】江苏冰城电材股份有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月7日