燃料电池双极板的表面处理方法、双极板及燃料电池与流程

本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种燃料电池双极板的表面处理方法、双极板及燃料电池。

背景技术：

1、在燃料电池的实际运行中，通常会产生硫酸根离子，在质子产生和迁移过程中往往会使金属双极板发生腐蚀，使金属双极板的导电性下降，影响燃料电池的输出效率。

2、目前，为了提高金属双极板的耐蚀性，通常是在金属双极板的表面涂覆一层或多层涂层来阻断金属双极板与腐蚀介质的接触，延长金属双极板的使用寿命。其中，涂覆的涂层需要有良好的耐腐蚀性能和导电性能，同时与金属双极板之间需要有较好的结合性能。

3、大多数设计制备的涂层一般包含附着在金属双极板表面的打底层，与腐蚀介质接触的表面层以及打底层和表面层之间的过渡层，有些涂层在设计时还包括一些特殊的功能层。这些涂层都是通过一些特殊的工艺涂覆在金属双极板表面，如物理气相沉积、化学气相沉积以及等离子喷涂等方式，然而，这些方式制备条件复杂、生产效率低下，且涂层的质量难以控制。

技术实现思路

1、基于此，有必要提供一种能够提高耐腐蚀性的燃料电池双极板的表面处理方法。

2、进一步，还有必要提供一种由上述表面处理方法处理得到的双极板及含有该双极板的燃料电池。

3、本发明提供了一种燃料电池双极板的表面处理方法，包括以下步骤：

4、提供待处理的双极板，将所述双极板放置在密闭的腔室中。

5、对所述腔室抽真空。

6、向所述腔室内充入扩散气体，所述扩散气体包含氮气，且包含不饱和有机气体以及氧气中的至少一种。以及

7、加热使所述双极板的温度达到气体扩散反应的预设温度，并保持预设时间，以在所述双极板内部形成自所述双极板的表面向内延伸的扩散反应层。

8、在其中一些实施例中，所述扩散气体包含氧气和氮气，所述扩散反应层包含金属氧化物和金属氮化物。

9、在其中一些实施例中，通过控制所述扩散气体的组成，使得在所述气体扩散反应时，形成的所述扩散反应层包括第一扩散反应子层以及第二扩散反应子层，所述第二扩散反应子层相较于所述第一扩散反应子层更靠内，所述第二扩散反应子层与所述第一扩散反应子层的组分不同。

10、在其中一些实施例中，所述扩散气体包含氮气和所述不饱和有机气体，所述第一扩散反应子层为碳层，所述第二扩散反应子层包含金属氮化物。

11、在其中一些实施例中，所述扩散气体包含氮气、氧气以及所述不饱和有机气体，所述第一扩散反应子层为碳层，所述第二扩散反应子层包含金属氧化物和金属氮化物。

12、在其中一些实施例中，所述不饱和有机气体为炔烃。

13、在其中一些实施例中，所述不饱和有机气体为乙炔。

14、在其中一些实施例中，通过控制包括所述扩散气体的组成及比例的反应条件，使得在所述气体扩散反应时，形成的所述扩散反应层还包括较所述第二扩散反应子层更靠内的第三扩散反应子层，所述第三扩散反应子层与所述第二扩散反应子层及所述第一扩散反应子层的组分各不相同。

15、在其中一些实施例中，所述扩散气体为不饱和有机气体、氧气以及氮气的混合气体，其中，所述不饱和有机气体的体积分数为30％～40％、氧气的体积分数为5％～10％，氮气的体积分数为50％～65％。

16、在其中一些实施例中，先向所述腔室内充入第一扩散气体，所述第一扩散气体为氮气以及所述不饱和有机气体，氮气的体积分数为50％～70％，所述不饱和有机气体的体积分数为30％～50％。再重新将所述腔室抽真空，并升高温度，向所述腔室内充入第二扩散气体，所述第二扩散气体为氮气以及氧气，氮气的体积分数为75％～95％，氧气的体积分数为5％～25％。

17、在其中一些实施例中，充入所述扩散气体后，控制所述腔室内的气压为1pa～100pa，且大于抽真空后的气压。

18、在其中一些实施例中，充入所述扩散气体后，控制所述腔室内的气压为1pa～10pa。

19、在其中一些实施例中，所述预设温度为300℃～550℃。

20、在其中一些实施例中，所述预设温度为400℃～500℃。

21、在其中一些实施例中，所述预设时间为1min～180min。

22、在其中一些实施例中，所述预设时间为20min～50min。

23、在其中一些实施例中，所述双极板的材料包括不锈钢、钛、钛合金、铝合金和镁合金中的至少一种。

24、本发明还提供了一种燃料电池的双极板，所述双极板使用上述的表面处理方法处理后得到。

25、本发明还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括上述的双极板。

26、本发明的燃料电池双极板的表面处理方法先对腔室抽真空，然后向腔室内充入扩散气体，并通过加热扩散的方式使扩散气体扩散至双极板内部，形成自双极板的表面向内延伸的扩散反应层，其中，扩散气体包含氮气，且包含不饱和有机气体以及氧气中的至少一种，有利于在双极板的表面向基体内部不同深度方向上形成不同成分和组织结构的扩散反应层，在保证双极板力学性能和表观形貌的前提下，第一扩散反应层能够有效提高双极板的耐腐蚀性能和导电性能。

技术特征：

1.一种燃料电池双极板的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述扩散气体包含氧气和氮气，所述扩散反应层包含金属氧化物和金属氮化物。

3.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，通过控制包括所述扩散气体的组成的反应条件，使得在所述气体扩散反应时，形成的所述扩散反应层包括第一扩散反应子层以及第二扩散反应子层，第二扩散反应子层相较于所述第一扩散反应子层更靠内，所述第二扩散反应子层与所述第一扩散反应子层的组分不同；

4.如权利要求3所述的表面处理方法，其特征在于，通过控制包括所述扩散气体的组成及比例的反应条件，使得在所述气体扩散反应时，形成的所述扩散反应层还包括较所述第二扩散反应子层更靠内的第三扩散反应子层，所述第三扩散反应子层与所述第二扩散反应子层及所述第一扩散反应子层的组分各不相同；

5.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，对所述腔室抽真空后，使所述腔室内的气压不高于1pa；

6.如权利要求1至5中任一项所述的表面处理方法，其特征在于，充入所述扩散气体后，控制所述腔室内的气压为1pa～100pa，且大于抽真空后的气压；

7.如权利要求1至5中任一项所述的表面处理方法，其特征在于，所述预设温度为300℃～550℃；

8.如权利要求1至5中任一项所述的表面处理方法，其特征在于，所述双极板的材料包括不锈钢、钛、钛合金、铝合金和镁合金中的至少一种。

9.一种燃料电池的双极板，其特征在于，使用如权利要求1至8中任一项所述的表面处理方法处理后得到。

10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池包括如权利要求9所述的双极板。

技术总结
本发明提供了一种燃料电池双极板的表面处理方法，包括以下步骤：提供待处理的双极板，将所述双极板放置在密闭的腔室中；对所述腔室抽真空；向所述腔室内充入扩散气体，扩散气体包含氮气，且包含不饱和有机气体以及氧气中的至少一种；加热使所述双极板的温度达到气体扩散反应的预设温度，并保持预设时间，以在所述双极板内部形成自所述双极板的表面向内延伸的扩散反应层。本发明能够有效提高双极板的耐腐蚀性能。本发明还提供了一种由上述表面处理方法处理得到的双极板及含有该双极板的燃料电池。

技术研发人员：王英,刘冬安,周锦程,黄豪,丁加乐
受保护的技术使用者：中汽创智科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22