一種pem水解制氫鈦金屬雙極板及其制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明屬于鈦合金及電解水制氫領(lǐng)域，具體涉及到一種pem水解制氫鈦金屬雙極板及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.基于可再生能源發(fā)展不平衡的矛盾，及風(fēng)電、光伏等可再生能源波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)是解決當(dāng)前大規(guī)模棄風(fēng)、棄光問(wèn)題的有效手段。通過(guò)棄風(fēng)、棄光電力電解水制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氫轉(zhuǎn)換，合理利用可再生能源，同時(shí)平抑并網(wǎng)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能源的時(shí)空平移，對(duì)我國(guó)實(shí)施能源轉(zhuǎn)型具有重大應(yīng)用價(jià)值。

3.質(zhì)子交換膜(pem)電解槽負(fù)荷范圍寬，運(yùn)行靈活，特別適合于平抑可再生能源并網(wǎng)的波動(dòng)性，且冷啟動(dòng)時(shí)間相較于堿性電解槽快一倍以上，是未來(lái)水制氫技術(shù)的發(fā)展方向。

4.雙極板作為質(zhì)子交換膜水電解制氫中的關(guān)鍵部件之一，其被要求有較高的耐腐蝕性、較低的界面電阻率、良好的機(jī)械強(qiáng)度、疏水性和抗氧化等綜合性能。

5.傳統(tǒng)不銹鋼雙極板在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，容易發(fā)生腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物容易造成催化劑中毒，從而導(dǎo)致制氫能力大幅降低。鈦金屬具有較好的抗腐蝕性能和機(jī)械強(qiáng)度，但是其成形加工性能不佳，制備出的雙極板成本高。

6.因此，本領(lǐng)域亟需開(kāi)發(fā)出一種抗腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)電性能好、抗氧化佳、成本可控、易于加工成型等綜合性能優(yōu)異的雙極板及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

7.本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡(jiǎn)要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本技術(shù)的說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)中可能會(huì)做些簡(jiǎn)化或省略以避免使本部分、說(shuō)明書(shū)摘要和發(fā)明名稱(chēng)的目的模糊，而這種簡(jiǎn)化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

8.鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了本發(fā)明。

9.因此，本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法。

10.為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，包括，

11.按質(zhì)量比，取鎳粉10～30份和鈦粉70～90份進(jìn)行混合，再取1～5％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料??；

12.按質(zhì)量比，取金屬鉭粉20～30份、鈮粉20～30份、鈦粉20～30份和膨脹石墨粉5～20份，再取1～5％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；

13.將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟復(fù)合添加劑，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按5:3:2比例構(gòu)成，添加量占各自粉體質(zhì)量比的1～5％；

14.依次將球磨預(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，在模具內(nèi)均勻鋪展粉ⅰ，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；

15.再鋪展粉ⅱ，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；

16.將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱后保溫處理，再將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，最終厚度為1～2mm的鈦金屬極板；

17.對(duì)獲得的極板進(jìn)行沖壓，獲得相應(yīng)的雙極板成品。

18.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：粉料ⅰ的范圍為：取鎳粉15～20份和鈦粉80～85份進(jìn)行混合，再取 1～2％質(zhì)量比的鈷。

19.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：粉料ⅱ的范圍為：取金屬鉭粉25～30份、鈮粉25～30份、鈦粉25～30 份和膨脹石墨粉5～10份，再取1～2％質(zhì)量比的鈷。

20.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述球磨預(yù)處理，其中，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100～200rpm/min，球磨處理時(shí)間為130～160min。

21.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：成型過(guò)程中，粉ⅰ鋪展的厚度為15～30mm。

22.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：成型過(guò)程中，粉ⅱ鋪展的厚度為2～4mm。

23.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱后保溫處理，其中，加熱至1100～1500℃，保溫時(shí)間為60～120min。

24.作為本發(fā)明所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述再將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，最終厚度為 1～2mm的鈦金屬極板，其中，軋制溫度為550～650℃，道次變形量為20～60％。

25.本發(fā)明的再一個(gè)目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法制得的產(chǎn)品，所述產(chǎn)品，其接觸電阻低于5mω/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于9×10-8a/cm2，室溫拉伸延伸率大于 15％，雙極板在1.6-1.8v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度低于1μm，面積分?jǐn)?shù)小于3％。

26.本發(fā)明有益效果：

27.(1)本發(fā)明提供了一種pem水解制氫鈦金屬雙極板制備方法，通過(guò)燒結(jié)作用形成的極板基底為ti-ni的合金，抗氧化、強(qiáng)度、耐蝕性能強(qiáng)，而后續(xù)通過(guò)添加的粉ii形成表層具有碳化鉭鈮和碳化鈦的結(jié)構(gòu)，該涂層能進(jìn)一步提高 ti-ni的合金的表面導(dǎo)電性能和抗腐蝕和抗氧化性能，雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了水解制氫用雙極板綜合性能的要求。

28.(2)本發(fā)明雙極板基底層和表層涂層通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散和熱軋復(fù)合作用，界面結(jié)合強(qiáng)度高，保證了雙極板強(qiáng)度的同時(shí)還可以充分發(fā)揮基底層和表層涂層的性能優(yōu)點(diǎn)。

29.(3)相較于傳統(tǒng)鈦金屬雙極板，本發(fā)明雙極板粉末燒結(jié)和熱軋變形處理后微觀組織細(xì)小均勻，塑性變形能力強(qiáng)，易于沖壓變形，顯著降低了成本。

30.(4)本發(fā)明雙極板以輕質(zhì)高強(qiáng)的鈦粉為主要添加成分，以高耐蝕和抗氧化的鎳、鉭、鈮和鈷粉末，通過(guò)優(yōu)化配比，既滿足了各項(xiàng)使用性能要求，也降低了雙極板的重量。

附圖說(shuō)明

31.為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中：

32.圖1為本發(fā)明實(shí)施例中雙層結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

33.為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。

34.在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

35.其次，此處所稱(chēng)的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說(shuō)明書(shū)中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。

36.本發(fā)明設(shè)計(jì)原理如下：

37.現(xiàn)有雙極板材料多是基于燃料電池體系研發(fā)，若將其直接用于pem水解制氫電解槽體系中，容易出現(xiàn)多個(gè)問(wèn)題：一是雙極板材料往往容易發(fā)生腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物容易造成催化劑中毒，從而導(dǎo)致制氫能力大幅降低；二是雙極板的抗氧化能力不足，pem水解制氫電解槽中工作電流密度大(＞1a/cm2)，產(chǎn)氣壓力高(3～4mpa)；三是雙極板中的流道結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度要求高，常規(guī)沖壓成形加工性能有限，而特種加工成形導(dǎo)致成本高，這也是目前pem水電解制氫亟待解決的問(wèn)題之一。

38.本發(fā)明通過(guò)在鈦合金雙極板基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地進(jìn)行雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，利用粉末燒結(jié)鈦鎳合金比鈦鋁或純鈦更高的耐腐蝕和抗氧化性能，以及碳化鉭鈮和碳化鈦結(jié)構(gòu)涂層，進(jìn)一步提高鈦鎳合金基體的表面導(dǎo)電性能和抗腐蝕和抗氧化性能，同時(shí)利用鈦粉在燒結(jié)過(guò)程中黏合高熔點(diǎn)鉭鈮金屬形成與基體高效結(jié)合的涂層，實(shí)現(xiàn)了水解制氫電解槽用雙極板綜合性能的要求。

39.本發(fā)明中接觸電阻采用開(kāi)爾文四線法進(jìn)行測(cè)量；

40.本發(fā)明中陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度的測(cè)定采用塔菲爾直線外推法來(lái)測(cè)定，由此衡量雙極板的腐蝕速度。

41.本發(fā)明中道次變形量的測(cè)量通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)定雙極板在軋制變形前后的厚度差，并計(jì)算出變形相對(duì)值；

42.本發(fā)明中室溫拉伸塑性的測(cè)定方法，按照gb/t228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》中的規(guī)定進(jìn)行測(cè)定；

43.本發(fā)明中雙極板在1.8v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度、面積分?jǐn)?shù)的測(cè)定采用1cm2標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行微觀組織觀測(cè)統(tǒng)計(jì)，通過(guò)掃描電鏡統(tǒng)計(jì)氧化層厚度，結(jié)合圖像分析軟件ipp統(tǒng)計(jì)雙極板表面氧化層的面積分?jǐn)?shù)；

44.采用商用工業(yè)級(jí)高純度聚苯乙烯粉末，粒度100-200目，商用工業(yè)級(jí)聚乙二醇，分

子量低于2000。

45.實(shí)施例1

46.1)備料：取商業(yè)鎳粉、鈷粉、純鈦粉、金屬鉭鈮粉末；按質(zhì)量比，取鎳粉15份和鈦粉85份進(jìn)行混合，再取1％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料??；

47.按質(zhì)量比，取金屬鉭粉30份、鈮粉30份、鈦粉30份和膨脹石墨粉10份，再取1％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；

48.2)球磨預(yù)處理：將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟復(fù)合添加劑，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟復(fù)合添加劑添加量占各自粉體質(zhì)量比的3％，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按質(zhì)量比5:3:2比例構(gòu)成，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨處理時(shí)間為160min；

49.3)成型：依次按照順序?qū)⑶蚰ヮA(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，分別在模具內(nèi)均勻鋪展，粉ⅰ鋪展的厚度為30mm，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；粉ⅱ鋪展的厚度為4mm，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱至1500℃，保溫60min，將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，軋制溫度為550℃，最終厚度為2mm,對(duì)獲得的極板進(jìn)行沖壓，獲得相應(yīng)的雙極板成品。

50.最終獲得的鈦金屬雙極板，其接觸電阻為4mω/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于7

×

10-8

a/cm2，道次變形量為20-45％，室溫拉伸塑性可達(dá)18％，雙極板在1.8v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度為0.7μm，面積分?jǐn)?shù)低于2％，具有質(zhì)輕、成本低、成型性能好等優(yōu)點(diǎn)。

51.實(shí)施例2

52.1)備料：取商業(yè)鎳粉、鈷粉、純鈦粉、金屬鉭鈮粉末；按質(zhì)量比，取鎳粉10份和鈦粉90份進(jìn)行混合，再取3％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料??；

53.按質(zhì)量比，取金屬鉭粉25份、鈮粉25份、鈦粉30份和膨脹石墨粉20份，再取2％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；

54.2)球磨預(yù)處理：將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟復(fù)合添加劑，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；石蠟復(fù)合添加量占各自粉體質(zhì)量比的4％，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按質(zhì)量比5:3:2比例構(gòu)成，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨處理時(shí)間為160min；

55.3)成型：依次按照順序?qū)⑶蚰ヮA(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，分別在模具內(nèi)均勻鋪展，粉ⅰ鋪展的厚度為25mm，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；粉ⅱ鋪展的厚度為3mm，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱至1300℃，保溫90min，將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，軋制溫度為650℃，最終厚度為1.5mm,對(duì)獲得的極板進(jìn)行沖壓，獲得相應(yīng)的雙極板成品。

56.最終獲得的鈦金屬雙極板，其接觸電阻為3.8mω/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于6.7×10-8a/cm2，道次變形量為20-60％，室溫拉伸塑性可達(dá) 21％，雙極板在1.6v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度為0.4μm，面積分?jǐn)?shù)低于1％，具有質(zhì)輕、成本低、成型性能好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明實(shí)施例中雙層結(jié)構(gòu)制備過(guò)程，見(jiàn)圖1。

57.實(shí)施例3

58.1)備料：取商業(yè)鎳粉、鈷粉、純鈦粉、金屬鉭鈮粉末；按質(zhì)量比，取鎳粉30份和鈦粉70份進(jìn)行混合，再取1％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅰ；

59.按質(zhì)量比，取金屬鉭粉30份、鈮粉25份、鈦粉30份和膨脹石墨粉15份，再取5％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；

60.2)球磨預(yù)處理：將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟復(fù)合添加劑，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟添加量占各自粉體質(zhì)量比的5％，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按質(zhì)量比5:3:2比例構(gòu)成，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200rpm/min，球磨處理時(shí)間為160min；

61.3)成型：依次按照順序?qū)⑶蚰ヮA(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，分別在模具內(nèi)均勻鋪展，粉ⅰ鋪展的厚度為15mm，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；粉ⅱ鋪展的厚度為2mm，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱至1100℃，保溫120min，將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，軋制溫度為600℃，道次變形量為20-50％，最終厚度為 1.0mm,對(duì)獲得的極板進(jìn)行沖壓，獲得相應(yīng)的雙極板成品。

62.最終獲得的鈦金屬雙極板，其接觸電阻為4.5mω/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于8.1×10-8a/cm2，雙極板室溫拉伸塑性可達(dá)20％，在1.8v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度為0.5μm，面積分?jǐn)?shù)低于3％，具有質(zhì)輕、具有成本低、成型性能好等優(yōu)點(diǎn)。

63.對(duì)比例1

64.1)備料：取商業(yè)鋁粉、純鈦粉末；按質(zhì)量比取鋁粉30份和鈦粉70份進(jìn)行混合，混合成粉料??；

65.按質(zhì)量比，取鋁粉30份、鈦粉50份和膨脹石墨粉20份，混合成粉料ⅱ；

66.2)球磨預(yù)處理：將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟添加量占各自粉體質(zhì)量比的3％，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按質(zhì)量比5:3:2比例構(gòu)成，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為 200rpm/min，球磨處理時(shí)間為160min；

67.3)成型：依次按照順序?qū)⑶蚰ヮA(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，分別在模具內(nèi)均勻鋪展，粉ⅰ鋪展的厚度為15mm，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；粉ⅱ鋪展的厚度為2mm，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱至1100℃，保溫120min，將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，軋制溫度為600℃，道次變形量為20％，胚料發(fā)生破裂，室溫脆性很大，無(wú)法軋制成形，且胚料含鈦鋁金屬間化合物，抗氧化能力差，無(wú)法滿足雙極板的要求。

68.對(duì)比例2

69.1)備料：取商業(yè)鎳粉、鈷粉、純鈦粉、金屬鉭鈮粉末；按質(zhì)量比，取鎳粉70份和鈦粉30份進(jìn)行混合，再取3％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅰ；

70.按質(zhì)量比，取金屬鉭粉40份、鈮粉30份、鈦粉15份和膨脹石墨粉15份，再取3％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；

71.2)球磨預(yù)處理：將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟添加量占各自粉體質(zhì)量比的5％，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按質(zhì)量比5:3:2比例構(gòu)成，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為 200rpm/min，球磨處理時(shí)間為160min；

72.3)成型：依次按照順序?qū)⑶蚰ヮA(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，分別在模具內(nèi)均勻鋪展，粉ⅰ鋪展的厚度為15mm，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；粉ⅱ鋪展的厚度為2mm，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱至1100℃，保溫120min，將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用熱軋工藝，軋制溫度為600℃，道次變形量為20％，軋制過(guò)程中坯料變形抗力很大，容易邊裂，較難成形，且坯料密度大，質(zhì)量較重。

73.對(duì)比例3

74.在實(shí)施例2的條件下，控制不同的石蠟復(fù)合添加劑，對(duì)制得產(chǎn)品性質(zhì)的影響，條件均同實(shí)施例2，結(jié)果見(jiàn)表1。

75.表1

[0076][0077]

從表1可以看出，結(jié)合本發(fā)明特定工藝條件，石蠟復(fù)合添加劑中石蠟含量偏高時(shí)，制備的雙極板拉伸塑性較好，但是其耐腐蝕性能降低；而當(dāng)石蠟偏低時(shí)，制備的雙極板拉伸塑性偏低，接觸電阻偏大，且易于發(fā)生氧化。石蠟在粉末混合及燒結(jié)過(guò)程中對(duì)最終制備的雙極板性能影響較大，太低時(shí)粉料與鈷粉的粘接效果差，拉伸塑性不足，影響后續(xù)的沖壓成型精度及效率；石蠟含量太高時(shí)由于混合及燒結(jié)時(shí)難以分散，影響組織均勻性，導(dǎo)致雙極板耐腐蝕性能降低。因此，本發(fā)明中石蠟復(fù)合添加劑中石蠟質(zhì)量比為4-6；聚苯乙烯質(zhì)量比為3-4；聚乙二醇的質(zhì)量比為1-2，優(yōu)選為5:3:2。

[0078]

對(duì)比例4

[0079]

在最佳實(shí)施例2的基礎(chǔ)上，提供不同的粉料ⅰ、粉料ⅱ的組成比例對(duì)鈦金屬雙極板性能的影響，其他條件不變，結(jié)果見(jiàn)表2。

[0080]

表2

[0081][0082]

從表2可以看出，粉料i中鎳粉和粉料ii中鉭/鈮粉的質(zhì)量比偏高時(shí)，雙極板的耐腐蝕性能較高，抗氧化效果較好，但是其室溫拉伸塑性較低，而接觸電阻變化不明顯，因此，本發(fā)明中粉料i中鎳粉和鈦粉的質(zhì)量比為10-30：70-90，而粉料ii中鉭粉、鈮粉、鈦粉和膨脹石墨粉質(zhì)量份數(shù)比為20～30：20～30：20～30： 5～20時(shí)，獲得的雙極板綜合性能優(yōu)異不僅具有較高的抗氧化和耐腐蝕性能，還具有較高的室溫拉伸塑性，方便于后續(xù)加工成型。

[0083]

應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。技術(shù)特征：

1.一種pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：包括，按質(zhì)量比，取鎳粉10～30份和鈦粉70～90份進(jìn)行混合，再取1～5％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料??；按質(zhì)量比，取金屬鉭粉20～30份、鈮粉20～30份、鈦粉20～30份和膨脹石墨粉5～20份，再取1～5％質(zhì)量比的鈷，混合成粉料ⅱ；將粉ⅰ和粉ⅱ分別單獨(dú)球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后，分別向球磨機(jī)機(jī)械合金化處理后的粉ⅰ和粉ⅱ中添加石蠟復(fù)合添加劑，混合均勻，制得球磨預(yù)處理后粉ⅰ、粉ⅱ；其中，石蠟復(fù)合添加劑由石蠟、聚苯乙烯和聚乙二醇按5:3:2比例構(gòu)成，添加量占各自粉體質(zhì)量比的1～5％；依次將球磨預(yù)處理后的粉ⅰ、粉ⅱ在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，在模具內(nèi)均勻鋪展粉ⅰ，鋪展完成后，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；再鋪展粉ⅱ，使用壓頭將鋪平粉料壓實(shí)；將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱后保溫處理，再將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，最終厚度為1～2mm的鈦金屬極板；對(duì)獲得的極板進(jìn)行沖壓，獲得相應(yīng)的雙極板成品。2.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：粉料ⅰ的范圍為：取鎳粉15～20份和鈦粉80～85份進(jìn)行混合，再取1～2％質(zhì)量比的鈷。3.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：粉料ⅱ的范圍為：取金屬鉭粉25～30份、鈮粉25～30份、鈦粉25～30份和膨脹石墨粉5～10份，再取1～2％質(zhì)量比的鈷。4.如權(quán)利要求1～3中任一所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：所述球磨預(yù)處理，其中，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為100～200rpm/min，球磨處理時(shí)間為130～160min。5.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：成型過(guò)程中，粉ⅰ鋪展的厚度為15～30mm。6.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：成型過(guò)程中，粉ⅱ鋪展的厚度為2～4mm。7.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：所述將壓實(shí)后料胚在氮?dú)獗Ｗo(hù)爐中加熱后保溫處理，其中，加熱至1100～1500℃，保溫時(shí)間為60～120min。8.如權(quán)利要求1所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法，其特征在于：所述再將胚料轉(zhuǎn)移至軋制機(jī)中，采用多道次熱軋工藝，最終厚度為1～2mm的鈦金屬極板，其中，軋制溫度為550～650℃，道次變形量為20～60％。9.權(quán)利要求1～8中任一所述pem水解制氫鈦金屬雙極板的制備方法制得的產(chǎn)品。10.如權(quán)利要求9所述產(chǎn)品，其特征在于：所述產(chǎn)品，其接觸電阻低于5mω/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于9×10-8a/cm2，室溫拉伸延伸率大于15％，雙極板在1.6-1.8v槽電壓下運(yùn)行24h后的氧化層厚度低于1μm，面積分?jǐn)?shù)小于3％。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開(kāi)了一種PEM水解制氫鈦金屬雙極板及其制備方法，通過(guò)稱(chēng)取一定質(zhì)量比的鎳粉、鈷粉、純鈦粉、金屬鉭鈮粉末I和粉末II，進(jìn)行壓實(shí)、燒結(jié)和熱軋制備雙極板。本發(fā)明雙極板具有抗氧化、耐蝕性能強(qiáng)，表面導(dǎo)電性能和抗腐蝕和強(qiáng)度高、易于沖壓變形、成本低等綜合性能。雙極板的接觸電阻低于5mΩ/cm2，陽(yáng)極環(huán)境下的腐蝕電流密度分別低于9

技術(shù)研發(fā)人員：任忠平 尹國(guó)欽 陳紹文 郭永華 楊正軍 卞海剛 吳羅 葉森瑩

受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波福至新材料有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.04.20

技術(shù)公布日：2022/6/24