【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種能夠在抑制表面腐蝕的同時確保電導率的燃料電池金屬隔膜涂覆材料和燃料電池金屬隔膜涂覆方法。
技術介紹
1、最近，為了應對全球變暖，對電動車輛(ev)或氫燃料電池電動車輛(fcev)取代內燃機(ice)的需求有所增加。其中，氫燃料電池電動車輛具有與電解相反的化學反應。換句話說，它是一種通過供應氫氣來產生電能(和熱量)以驅動電機的發電系統。理論上，氫燃料電池可以產生1.229v的電壓，但是由于各種限制，其工作電壓為0.6v至0.8v。氫燃料電池堆包括雙極板、氣體擴散層(gdl)和涂覆有催化劑粉末的膜電極組件(mea)。
2、燃料電池的氧化還原反應方程式如(1)和(2)中所示。
3、(氫氣供應)h2→2h++2e-e0＝0v?vsshe氫氣的電化學氧化(氫氧化反應，hor)…(1)
4、(氧氣供應)1/2o2+2h++2e-→h2o?e0＝1.229v?vsshe氧氣的電化學還原(氧還原反應，orr)…(2)
5、除了高電位環境之外，由于低ph，燃料電池中的腐蝕環境也是高腐蝕環境，如反應方程式(3)至(8)。通過金屬的還原產生自由基(方程式3和4)，并且通過樹脂的磺酰基和c-f基團的降解產生so42-和f-(fenton反應)(反應方程式5至8)。
6、fe2++h2o2→fe3++·oh+oh-…(3)
7、fe3++h2o2→fe2++·ooh+h+…(4)
8、r-so4+·oh或·ooh→roh+so42-…(5)→2h2o+s
9、2h++so42-+2oh-…(6)
10、r-c-f+·oh或·ooh→r-c-oh+f-…(7)→h2o+f-→h++f-+oh-…
11、(8)
12、隔膜是連接多個單元電池并構成電池堆的框架的關鍵部件，并且需要可以承受4或更高的ph的材料。即使在實際的腐蝕測試中，實驗也是在1至3的ph和0.6至0.0v?vs?sce的環境下進行的。在這種環境下，材料在0.6v?vs?sce的電動電位下應當表現出1μa/cm2或更小的電流密度和10mωcm2或更小的界面接觸電阻(在133n/m的壓力下)。此外，要求材料具有100s/cm或更大的電導率，并且金屬材料表現出104s/cm或更大的高初始電導率，但是存在因腐蝕而導致電導率降低的問題。
13、鈦金屬材料具有優異的電導率，但是在腐蝕環境下，會在鈦金屬材料的表面層上形成厚度為約200nm的tio2，其遠大于不銹鋼中諸如cro3或cr3o7的不銹鋼的鈍化薄膜(5納米)，因此需要加以控制(參見圖4)。換句話說，不銹鋼系列的部分鈍化生長薄膜不適用于諸如ti、al和mg的輕質材料。傳統的薄膜涂層(例如物理氣相沉積(pvd)和化學氣相沉積(cvd))由于涂覆時間和經濟問題而在應用中受到限制。此外，日本專利號06943781中公開的薄膜涂層通過真空高溫工藝施加，其很難輕易施加。
技術實現思路
1、技術問題
2、本專利技術致力于解決這樣的傳統問題，并且本專利技術的目的是提供一種燃料電池隔膜，所述燃料電池隔膜對外部材料具有高抗滲透性，從而抑制表面腐蝕并確保電導率。然而，這些挑戰是示例性的，并且本專利技術的范圍不限于此。
3、技術方案
4、根據本專利技術的一個方面，提供了一種燃料電池隔膜。
5、在一個實施方案中，燃料電池隔膜包括金屬基板和涂層，所述涂層形成在所述金屬基板上，并且由粘合劑樹脂和填料的混合物組成，所述填料包含片狀碳材料和粒狀碳材料，其中填料被粘合劑樹脂包圍，以使填料分散在涂層的內部，并且填料在涂層的表面上暴露于外部。
6、在一個實施方案中，填料還可以包含金屬粉末。
7、在一個實施方案中，填料可以是選自石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑的至少一種。
8、在一個實施方案中，涂層的厚度可以為0.01μm至10μm。
9、在一個實施方案中，涂層中填料的密度可以為10ea/cm2至104ea/cm2。
10、在一個實施方案中，相對于基板的表面，填料可以以30度至90度的角度布置。
11、在一個實施方案中，金屬基板可以由鈦或鈦合金形成。
12、在一個實施方案中，粘合劑樹脂可以是線型或支化聚合物。
13、在一個實施方案中，金屬粉末可以是不銹鋼粉末。
14、根據本專利技術的另一個方面，提供了一種燃料電池隔膜涂覆方法。
15、在一個實施方案中，燃料電池隔膜涂覆方法包括：將10重量％至70重量％的粘合劑樹脂和30重量％至90重量％的包含片狀碳材料和粒狀碳材料的填料彼此混合，將混合物施加在基板上并進行熱固化，以及刷擦經固化的基板的表面，其中片狀碳材料和粒狀碳材料可以以7:3至8:2的重量比彼此混合。
16、在一個實施方案中，填料還可以包含金屬粉末，并且可以將60重量％至80重量％的片狀碳材料、20重量％至30重量％的粒狀碳材料和0.01重量％至10重量％的金屬粉末彼此混合。
17、在一個實施方案中，填料可以是選自石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑的至少一種。
18、在一個實施方案中，基板可以由鈦或鈦合金形成。
19、在一個實施方案中，粘合劑樹脂可以是線型或支化聚合物。
20、在一個實施方案中，金屬粉末可以是不銹鋼粉末。
21、有益效果
22、根據如上所述的本專利技術的實施方案，通過提供具有高耐腐蝕性和高電導率的隔膜來提高電池堆的耐久性。此外，通過提供涂料型涂覆方法，可以取代現有的氣相沉積型涂覆和電鍍型涂覆，并且與現有方法相比，確保了成本效益。此外，它可適用于汽車、航空和固定設備的pemfc隔膜涂層，并具有擴大隔膜材料選擇范圍的效果。
23、當然，該效果并不限制本專利技術的范圍。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種燃料電池隔膜，所述燃料電池隔膜包括：
2.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述填料還包含金屬粉末。
3.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述填料是選自石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑的至少一種。
4.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述涂層的厚度為0.01μm至10μm。
5.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述涂層中的填料的密度為10EA/cm2至104EA/cm2。
6.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，相對于基板的表面，所述填料以30°至90°的角度布置。
7.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述金屬基板由鈦或鈦合金形成。
8.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述粘合劑樹脂是線型或支化聚合物。
9.根據權利要求2所述的燃料電池隔膜，其中，所述金屬粉末是不銹鋼粉末。
10.一種燃料電池隔膜涂覆方法，所述燃料電池隔膜涂覆方法包括：
11.根據權利要求10所述的燃料電池隔膜涂覆方法，其中，所述填料還包含金
12.根據權利要求10所述的燃料電池隔膜涂覆方法，其中，所述填料是選自石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑的至少一種。
13.根據權利要求10所述的燃料電池隔膜涂覆方法，其中，基板由鈦或鈦合金形成。
14.根據權利要求10所述的燃料電池隔膜涂覆方法，其中，所述粘合劑樹脂是線型或支化聚合物。
15.根據權利要求11所述的燃料電池隔膜涂覆方法，其中，所述金屬粉末是不銹鋼粉末。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種燃料電池隔膜，所述燃料電池隔膜包括：
2.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述填料還包含金屬粉末。
3.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述填料是選自石墨烯、碳納米管、石墨和炭黑的至少一種。
4.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述涂層的厚度為0.01μm至10μm。
5.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述涂層中的填料的密度為10ea/cm2至104ea/cm2。
6.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，相對于基板的表面，所述填料以30°至90°的角度布置。
7.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述金屬基板由鈦或鈦合金形成。
8.根據權利要求1所述的燃料電池隔膜，其中，所述粘合劑樹脂是線型或支化聚合物。
9.根據權...
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。