专利名称：集电板及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池用集电板及其制作方法。
背景技术：
燃料电池(Fuel Cell)是一种将化学自由能直接转化为电能的装置。它利用氢气、天然气、煤气以及甲醇等非石油类燃料与纯氧或空气分别在电池的两极发生电化学反应，连续不断地向负载提供直流电。
质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，其工作原理是在电池的阳极及阴极分别提供含氢燃料及氧化剂，利用两极不断地发生电化学反应而产生电流。
对于质子交换膜燃料电池，其为一多层结构。燃料电池单电池的中间层为传输质子的电解质膜，也称质子交换膜。位于质子交换膜两侧的是触媒层，阳极与阴极的电化学反应分别在这两层中进行。在两层触媒层外侧各有一扩散层，阳极与阴极的反应物即经由这两层扩散至触媒层，而生成物也可经由这两层扩散排出。上述五层通常被称之为膜电极组(Membrane ElectrodeAssembly，以下简称MEA)。在MEA两侧各有一集电板，其作用是收集电子并将其经由外线路传送至负载。集电板的位于MEA的一侧形成有导流槽，阳极与阴极的反应物与生成物，及冷却流体均经由该导流槽进出燃料电池。位于燃料电池最外层有两片压板，用以固定锁紧整个燃料电池。
实际应用中，由于单电池产生的电压相对较小，为获取有用的更高电压，通常将两个或两个以上单电池通过直叠方式串联成电池组。在串联型电池组中，内集电板的两侧面均设置有导流槽，其中一面作为一个MEA的阳极导流面，而另一面作为另一相邻MEA的阴极导流面。而位于整个电池组两端部之外集电板与单电池的集电板相同。
现有技术中，集电板通常是采用石墨材料，其抗腐蚀能力较强；然而石墨材料易碎，在其表面加工出导流槽的难度较大，成本较高；且石墨材料具有较高的接触电阻，导电性不佳。
为降低集电板的接触电阻，现有技术中揭露了另一种集电板。该集电板由一集电板基体(如，不锈钢及铝)，该集电板基体至少一表面具有导流槽；及一电镀在该集电板基体表面的金层构成。然而，在燃料电池环境中，反应物与生成物水，及冷却流体对金层具有一定的腐蚀作用；而直接在不锈钢及铝等集电板基体上电镀的金层与集电板基体的结合性相对较差，其将导致该种集电板的防腐性能不佳。
有鉴于此，有必要提供一种集电板及其制作方法，其可具有较佳的防腐性能及导电性。
发明内容下面将以具体实施例说明一种集电板及其制作方法，其可具有较佳的防腐性能及导电性。
为实现上述内容，提供一种集电板，其包括一集电板基体；一位于该集电板基体表面的镍层；及一位于该镍层表面的金层。
所述集电板基体的材质包括不锈钢、铝及铜。
优选的，所述镍层的厚度为10～500nm。
优选的，所述金层的厚度为10～50nm。
以及，提供一种集电板制作方法，其包括以下步骤提供一集电板基体；在该集电板基体表面形成一镍层；在该镍层表面形成一金层。
优选的，为进一步降低该集电板的接触电阻，提升其导电性能；在金层形成之后对该集电板进行化学研磨。
所述镍层的形成方法包括电解镍及无电解镍。
所述金层的形成方法包括电解镀金及无电解镀金。
所述集电板基体的材质包括不锈钢、铝及铜。
相对于现有技术，本技术方案所提供的集电板及其制作方法，其采用金属材质集电板基体，并在该集电板基体上先形成一镍层，再在该镍层上形成金层。由于镍层具有较佳的防腐效果，且其与集电板基体及金层的结合性均较佳；另外，由于金层的接触电阻较小，导电性较佳。因此，该集电板可具有较佳的防腐性能及导电性。
图1是本发明第一实施例提供一集电板基体的示意图。
图2是本发明第一实施例在集电板基体表面形成一镍层的示意图。
图3是沿图2的剖线III-III的剖示图。
图4是本发明第一实施例在镍层表面形成一金层的示意图。
图5是沿图4的剖线V-V的剖示图。
具体实施方式下面结合附图将对本发明实施例作进一步的详细说明。
本发明第一实施例所提供的集电板制作方法包括以下步骤参见图1，首先提供一集电板基体10。具体步骤为首先，提供一黄铜板、不锈钢板或铝板等金属板，采用机械加工制作成集电板雏形，即集电板基体10。该集电板基体10的至少一表面形成有多个导流槽12，用于燃料电池用反应物、生成物及冷却流体的进出。本实施例中，集电板基体10的单一表面具有导流槽12，其可作为燃料电池用外集电板。当然，也可在集电板基体的相对的两面形成导流槽，以作为燃料电池用内集电板。为降低该集电板基体10的粗糙度，可对其进行研磨、抛光，使其粗糙度达10～100nm。
然后，将上述集电板基体10进行脱脂，以除去其表面的油污等杂物。本实施例中，采用热脱脂法将上述集电板基体10置于一含有热脱脂剂的溶液中，该种热脱脂剂可选用各种已商业化的适用于铜、不锈钢、或铝等金属材质的热脱脂剂，该热脱脂剂的选用可视集电板基体10的材质不同而不同。将含有热脱脂剂的溶液加热至40℃～50℃，并进行1～5min(分钟)即可。当然，热脱脂时间可视集电板基体10的除油效果适当延长。热脱脂完毕后，用纯水冲洗该集电板基体10以备后续工艺使用。
参见图2及图3，在该集电板基体10表面形成一镍层20。其具体实施方法为一般而言，如果上述集电板基体10的形状较规则时，采用电解镍法较佳；其可获取的镍层厚度为10～50nm。电解镍法较适用于表面粗糙度较小的集电板基体10。若所述集电板基体10的形状相对不规则时，采用无电解镍法较佳；其可获取的镍层厚度为10～500nm。无电解镍法较适用于表面粗糙度较大的集电板基体10。总而言之，可视集电板基体10的形状及表面粗糙度选用合适的镀镍方法。
目前，电解镍及无电解镍法的镀镍工艺很多，可以采用如下工艺(1)电解镍法，工艺配方及操作条件为硫酸镍(g/L) 250～350氯化镍(g/L) 30～60硼酸(g/L) 30～40磷酸氢二钾(g/L) 4.7～40温度(℃)50～60PH值3～5电流密度(A/dm2)0.02～15.0(2)无电解镍法，工艺配方及操作条件为NiSO4·7H2O(g/L) 21NaH2PO2·H2O(g/L) 18～26丙酸(ml/L) 2乳酸(ml/L) 30焦亚硫酸钾(ml/L) 0～1PH值 4～6温度(℃) 80～90当然，镍层20的形成也可采用其它工艺配方及相应操作条件。待集电板10的表面镍层20形成后，为进一步提升该镍层20与后续形成的金层的结合性能，可对表面形成有镍层20的集电板基体10进行电解脱脂以除去镍层20表面的油污等杂物。电解脱脂温度可设置为55～80℃；脱脂时间可设置为1～3min，当然，可视其除油效果适当延长脱脂时间。待电解脱脂完毕后，用纯水冲洗该表面形成有镍层20的集电板基体10以备后续工艺使用。
参见图4及图5，在该镍层20表面形成一金层30。其具体实施方法为一般而言，如果上述集电板基体10的形状较规则时，采用电解镀金法在镍层20表面形成金层30较佳。若所述集电板基体10的形状相对不规则时，采用无电解镀金法较佳。总而言之，可视集电板基体10的形状选用合适的镀金方法。金层30的厚度可视镍层20表面的粗糙度而定；该金层30的厚度一般可为10～50nm。
目前，电解镀金及无电解镀金法的镀金工艺很多，可采用如下工艺(1)电解镀金法，工艺配方及操作条件为K6[Au(SO3)2EDTA](g/L) 10.5～123K2Na2EDTA(g/L) 17.8～140硫酸钾(g/L)12.6～110磷酸氢二钾(g/L)4.7～40温度(℃) 18～60电流密度(A/dm2) 0.02～15.0其中，EDTA代表乙二胺四乙酸。
(2)无电解镀金法，工艺配方及操作条件为氰化亚金钾(g/L)0.5～2.0柠檬酸铵(g/L) 40～60氯化铵(g/L)70～80偏亚硫酸纳(g/L)10～15亚磷酸纳 10～15PH值 4.5～5.8温度(℃) 85～95当然，金层30的形成也可采用其它工艺配方及相应操作条件。
待位于镍层20表面的金层30形成后，即可获取一集电板(如图4所示)。该集电板(参见图5)包括一集电板基体10；一形成在该集电板基体10表面的镍层20；及一形成在该镍层20表面的金层30。由于该集电板基体10为金属材质，且在该集电板基体10上先形成一镍层20，再在该镍层20上形成金层30。由于镍层20具有较佳的防腐效果，且其与集电板基体10及金层30的结合性均较佳；另外，由于金层30的接触电阻较小，导电性较佳。因此，该集电板可具有较佳的防腐性能及导电性。
另外，为进一步减小该集电板的接触电阻，提升其导电性能；可对集电板进行化学研磨。具体步骤为将集电板置于一含有研磨剂的溶液进行化学研磨，研磨剂可选用目前已商用化的适用于金材质的各种研磨剂。化学研磨操作温度为室温；研磨时间为1～2min。当然，具体研磨时间可视集电板的表面状况适当延长，使其表面粗糙度大大降低；进而进一步提升集电板的导电性能。当然，应控制化学研磨去除的金层厚度小于金层30的厚度。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如适当变更形成镍层20及金层30的工艺配方与操作条件，热脱脂剂与研磨剂的种类等，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种集电板，其包括一集电板基体；一位于该集电板基体表面的镍层；及一位于该镍层表面的金层。
2.如权利要求1所述的集电板，其特征在于所述集电板基体的材质包括不锈钢、铝及铜。
3.如权利要求1所述的集电板，其特征在于所述镍层的厚度为10～500nm。
4.如权利要求1所述的集电板，其特征在于所述金层的厚度为10～50nm。
5.如权利要求1所述的集电板，其特征在于所述集电板基体的至少一表面具有多个导流槽。
6.一种集电板制作方法，其包括以下步骤提供一集电板基体；在该集电板基体表面形成一镍层；在该镍层表面形成一金层。
7.如权利要求6所述的集电板制作方法，其特征在于还进一步包括步骤在金层形成之后对该集电板进行化学研磨。
8.如权利要求6所述的集电板制作方法，其特征在于所述镍层的形成方法包括电解镍及无电解镍。
9.如权利要求6所述的集电板制作方法，其特征在于所述金层的形成方法包括电解镀金及无电解镀金。
10.如权利要求6所述的集电板制作方法，其特征在于所述集电板基体的材质包括不锈钢、铝及铜。
全文摘要
本发明涉及一种集电板，其包括一集电板基体；一位于该集电板基体表面的镍层；及一位于该镍层表面的金层。该种集电板采用金属材质集电板基体，并在该集电板基体上先形成一镍层，再在该镍层上形成一金层。由于镍层具有较佳的防腐效果，且其与集电板基体及金层的结合性均较佳，金层的接触电阻较小，导电性较佳，因此，该集电板可具有较佳的防腐性能及导电性。本发明还提供一种集电板制作方法。
文档编号H01M4/64GK1913205SQ200510036580
公开日2007年2月14日 申请日期2005年8月12日 优先权日2005年8月12日
发明者黄全德 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司