一種具有Sb摻雜SnO₂薄膜涂層的304不銹鋼雙極板及其制備方法和應用的制作方法

專利名稱：一種具有Sb摻雜SnO₂薄膜涂層的304不銹鋼雙極板及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板及其制備方法和在PEMFC (質子交換膜燃料電池)中的應用，屬不銹鋼表面改性技術領域。
背景技術：
質子交換膜燃料電池，不經過熱機過程，不受卡諾循環的限制，能量轉化率高達 40%飛0%，若熱電合并則效率可達80%;并具有低溫啟動、無污染等優點，在軍事和便攜式電源等方面有著廣泛的應用前景，也是最有希望取代石化燃料而成為汽車等運載工具的動力源。不銹鋼雙極板是PEMFC的關鍵部件之一，占總質量的80%，電池堆成本的45%。理想的雙極板材料必須具有高電導、耐腐蝕、低密度，高機械強度、高氣密性及易加工成型等優點，因此其性能優劣直接影響電池的輸出功率和使用壽命。不銹鋼材料由于化學穩定性好、強度高、成本低等優點，是最有應用前景的金屬材料。在模擬PEMFC陽極環境中，304不銹鋼雙極板自腐蝕電流密度為75. 079 μ A/cm2 ； 在模擬PEMFC陰極環境中，304不銹鋼雙極板自腐蝕電流密度為33. 22 μ A/cm2,長時間處于工作環境下其會發生腐蝕。不銹鋼雙極板在PEMFC工作環境下，其表面也會發生鈍化，因此，一種有效的改性方法是十分必要的。目前國內外工作者已對不銹鋼雙極板進行了大量的研究，但各種方法仍存在著一定的不足，如Yi等人通過一種柔性的成形工藝在304不銹鋼雙極板表面制備了一層碳涂層對其進行改性，雖然具有較小的接觸電阻，但穩定性仍有待于進一步提高。Feng等人通過磁控濺射離子鍍對不銹鋼雙極板進行了改性，雖然耐蝕性較好，但由于方法比較復雜，實用性存在一定限制，因而不易廣泛應用。

發明內容
本發明的目的之一是為了解決上述的技術問題而提供一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板。本發明的目的之二是提供上述的一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法。即通過結合浸潰-提拉法和醇熱法相結合的方法，在304不銹鋼上制備一層具有微-納米結構的耐蝕性的Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板膜，從而提高不銹鋼雙極板在PEMFC環境中的耐蝕性。本發明的技術方案
一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，所述的涂層厚度為l(T20nm， 所述的Sb摻雜SnO2薄膜涂層中Sb和Sn按摩爾百分比計算，即Sb: Sn為I. 65 6. 6%: 98. 35 93. 4%,優選為 6. 6%: 93. 4% ；
上述的一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法，即先配制SbCl3的乙醇溶液，稱為A溶液，再配制SnCl2 · 2H20的乙醇溶液，稱為B溶液，最后緩慢向B 溶液中逐滴滴加A溶液，最終得到Sb摻雜SnO2溶膠液；然后通過結合溶膠浸潰-提拉法和醇熱法在304不銹鋼雙極板的表面制備一層兼具耐蝕性和導電性的Sb摻雜SnO2薄膜涂層， 其具體包括如下制備步驟
(1)、將無水乙醇，SbCl3加入磨口錐形瓶中，用恒溫磁力攪拌器，升溫至50°C，磁力攪拌，控制攪拌速率600r/min，形成溶液A ；
再將無水乙醇，包裹劑聚乙二醇2000，SnCl2 ·2Η20先后加入另一磨口錐形瓶中，用恒溫磁力攪拌器，升溫至50 °C,磁力攪拌，控制攪拌速率600r/min,形成溶液B ；
最后緩慢向B溶液逐滴滴加A溶液，滴加過程控制溫度50°C下，滴加完后進行磁力攪拌，攪拌過程控制轉速為600r/min，時間為2h后，再進行陳化24h，得到無色透明的Sb摻雜 SnO2溶膠液；
上述所用的SbCl3、SnCl2 · 2H20、聚乙二醇2000和無水乙醇的量按質量體積比計算，即 SbCl3: SnCl2 ·2Η20:聚乙二醇 2000:無水乙醇為 O. 057 O. 228g: 3. 2g: O. 23g:50ml (其中SbCl3: SnCl2 · 2H20換算成摩爾百分比為I. 65 6. 6%: 98. 35 93. 4%)，優選為O. 228g: 3. 2g: O. 23g: 50ml。其中包裹劑聚乙二醇2000的加入主要是為了防止Sn2+、Sb3+發生團聚；
(2)、基體材料的預處理
基體材料為304不銹鋼雙極板，先用金相砂紙W20、WlO及W5逐級打磨，對打磨好的基體304不銹鋼雙極板再用無水乙醇脫脂后用超聲清洗5min，之后再用去離子水清洗，最后用空氣吹干待用；
其中，此過程為現用現做，即304不銹鋼雙極板要涂膜時再進行此步驟；
(3)、將步驟(I)所得的Sb摻雜SnO2溶膠液放入燒杯中，再將步驟(2)預處理好的304 不銹鋼雙極板材料放入燒杯的Sb摻雜SnO2溶膠液中進行浸潰-提拉成膜，在提拉中保持勻速，提拉完成待膜自然干后放入100°C烘箱中烘干30min，在304不銹鋼雙極板表面形成一層均勻的薄膜涂層，如果需要更厚的薄膜，重復以上步驟；
其中，在浸潰-提拉過程中，304不銹鋼雙極板在溶膠液中浸潰時間優選為20s，提拉速度為2mm/s ；
(4)、將步驟(3)制得的表面具有薄膜涂層的304不銹鋼雙極板放入外殼為不銹鋼，內襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中，并向反應釜中加入步驟(I)所得的B溶液至反應釜體積的70%，密封后控制180°C反應溫度下反應3h，反應完后自然冷卻，并用去離子水清洗其表面，再用空氣吹干后放入100°C烘箱中30min，即可得到表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的 304不銹鋼雙極板。上述的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板制備過程中，浸潰提拉使 Sb摻雜SnO2溶膠液先在304不銹鋼雙極板的表面形成一層薄膜，以便后面的醇熱反應過程中形成的Sb摻雜SnO2薄膜與304不銹鋼雙極板結合更好。上述所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，在PEMFC環境中具有優良的耐蝕性，從而避免了不銹鋼腐蝕產生金屬陽離子阻斷質子交換膜對氫離子的傳導能力。本發明的有益效果本發明的一種表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，由于表面具有一層Sb摻雜SnO2薄膜涂層，優選在模擬PEMFC陽極環境中，表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304 不銹鋼雙極板自腐蝕電流密度為O. 1656 μ A/cm2 ;優選在模擬PEMFC陰極環境中，表面具有 Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板為O. 1331 μ A/cm2,且經2400S的恒電位氧化曲線測試發現，表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板在模擬PEMFC陰、陽極環境中，電流在一定時間內迅速下降，之后保持一個穩定值，且最后穩定的電流要比304不銹鋼的小2 個數量級，因此，表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板在PEMFC環境下具有很好的耐蝕性和穩定性。本發明的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板，由于其表面具有一層致密均勻的Sb摻雜SnO2薄膜，利用了 Sb摻雜餓SnO2優異的抗化學腐蝕性能，降低PEMFC的酸性環境對不銹鋼的腐蝕和鈍化作用，也因此避免了腐蝕作用釋放出的金屬陽離子阻斷質子交換膜對氫離子的傳導能力而導致的電池壽命減損。本發明的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板，由于具有很好的導電性，在PEMFC中大大降低了與膜電極的接觸電阻，也因此有效降低了電池的內壓降，從而提高了電池的輸出功率。本發明的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板，只是在不銹鋼板表面制備適量的Sb摻雜SnO2薄膜，極板的主體仍是不銹鋼，因而改性后的雙極板仍有很好的機械強度。另外，本發明的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜的304不銹鋼雙極板所需的原材料價廉易得，制備方法簡單，不需要復雜的工序和儀器設備，在簡易條件下便可操作。因此其制備方法具有簡單易操作，實用性廣等優點，有利于規模化生產。


圖1-1、實施例I所用的304不銹鋼雙極板在放大5000倍下的表面形貌圖1-2、實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板在放大 5000倍下的表面形貌圖2-1、實施例I所用的304不銹鋼雙極板的表面的原子力顯微鏡圖2-2、實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的表面的原子力顯微鏡圖3、實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的XPS譜
圖4-1、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境下的Nyquist譜圖，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的 304不銹鋼雙極板；
圖4-2、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陰極工作環境下的Nyquist譜圖，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的 304不銹鋼雙極板；圖5-1、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境(通空氣)下的Tafel曲線，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板；
圖5-2、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陰極工作環境(通氫氣)下的Tafel曲線，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板；
圖6-1、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境(空氣，0. 6V vs SCE)下的恒電位電流-時間曲線，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板；
圖6-2、模擬PEMFC陰極工作環境( -0. IV vs SCE)下的恒電位電流-時間曲線，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為實施例I所得的表面具有Sb摻雜Sr^薄膜涂層的304不銹鋼雙極板； 圖7、實施例I所用的304不銹鋼雙極板及實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在不同壓力下的接觸電阻，圖中a為實施例I所用的304不銹鋼雙極板，b為研究所得的表面具有SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，c為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板；
圖8、本發明的所用的表面接觸電阻測試儀的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例并結合附圖對本發明進一步闡述，但并不限制本發明。電化學測試方法
表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板進行電化學測試，電解質溶液為
0.05M H2S04+2ppm HF水溶液(此為模擬PEMFC環境，測試時溫度為70°C )，有效測試面積為 Icm20阻抗測試頻率范圍為100K Hz 0. 05Hz，激勵信號峰值為ImV ；
動電位極化曲線掃描范圍為-0. 25疒+1. OV(vs 0CP)，掃描速度為lmV/s ；
恒電位電流-時間測試分別在模擬PEMFC陰極環境(通空氣)、陽極環境(通H2)下進行， 初始電位陽極為-0. IV (vs SCE)，陰極為0. 6V (vs SCE)，采樣間隔0. ls，實驗時間4h。本發明所用的簡易自制表面接觸電阻測試儀，其結構示意圖如圖8所示，包括一個待測樣品1，兩張一定面積的碳紙21、22，兩塊導電性良好的銅電極板31、32，一個微歐表 6，一臺萬能拉伸試驗機，5為其載物臺、4為其升降臺，測試時壓力通過軟件設置，由萬能拉伸機提供。使用時，待測樣品I的上面和下面各放一張碳紙21和22，并將其平放于載物臺5 上的一塊銅電極板32上。然后將另一塊銅電極板31放于上方的碳紙21的正上方，升降臺 4對銅電極板31提供壓力，兩銅電極板31、32分別與微歐表6相接。實施例I一種表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，所述的涂層厚度為l(T20nm， 所述的Sb摻雜SnO2薄膜涂層中Sb和Sn按摩爾比計算，即Sb: Sn為6. 6%: 93. 4%。上述的一種表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法，包括如下步驟
(1)、將50ml無水乙醇，O.23g包裹劑聚乙二醇2000,3. 2g SnCl2 · 2H20先后加入磨口錐形瓶中，用恒溫磁力攪拌器攪拌，升溫至50°C，待形成均勻溶液后，取事先配好的SbCl3的乙醇溶液(O. 25M) lmmol，緩慢逐滴加入上述溶液，滴加過程控制溫度50°C下，滴加完后進行磁力攪拌，攪拌過程控制轉速為600r/min，時間為2h后，再陳化24h，得到無色透明的Sb 摻雜SnO2溶膠液；
(2)、對基體材料IOmmX35mmX2mm的304不銹鋼雙極板進行預處理，即使用金相砂紙 W20、WlO及W5對其逐級打磨，對打磨好的基體304不銹鋼雙極板用無水乙醇脫脂，并用超聲清洗5min，之后再用去離子水清洗，最后用空氣吹干待用；
(3)、取IOml步驟(I)所得的Sb摻雜SnO2溶膠液放入IOml的小燒杯，將步驟(2)預處理好的304不銹鋼雙極板放入到小燒杯的溶膠液中進行浸潰-提拉成膜，浸潰時間為20s， 提拉速度為2mm/s，提拉次數為2次，提拉完成待膜自然干后放入100°C烘箱中烘干30min， 在304不銹鋼雙極板表面形成一層薄膜涂層；
(4)、將步驟(3)所得的表面具有一層薄膜涂層的304不銹鋼雙極板放入高壓反應釜內襯中，并向內襯中加入步驟(I)所得的B溶液(SnO2溶膠)，加入的溶膠液的量為反應釜體積的70%，密閉后控制溫度為180°C，時間為3h進行反應，反應完后自然冷卻，并用去離子水清洗304不銹鋼的表面，再空氣吹干后放入100°C烘箱中30min，即可得到表面具有Sb摻雜 SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板。實施例2
Sb摻雜SnO2薄膜涂層中Sb和Sn按摩爾比計算，即Sb: Sn為I. 65%: 98.35%。其中， SbCl3乙醇溶液(O. 25M)用量為O. 25mmol，其它同實施例I操作。實施例3
Sb摻雜SnO2薄膜涂層中Sb和Sn按摩爾比計算，即Sb: Sn為3. 3%: 96. 7%。其中， SbCl3乙醇溶液(O. 25M)用量為O. 5mmol，其它同實施例I操作。將上述實施例I所用的304不銹鋼雙極板和最終所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板用HITACHI公司的SU-1500掃描電子顯微鏡放大5000倍進行觀察，所得的表面形貌圖如圖1-1及圖1-2所述。從圖1-1及圖1-2的對比中可以看出經表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的表面具有一層致密的微-納米結構膜。將上述的實施例I所用的304不銹鋼雙極板和最終所得的表面具有Sb摻雜SnO2 薄膜涂層的304不銹鋼雙極板表面的原子力顯微鏡圖(AFM, Molecular Imaging PicoScan 2100，采用輕敲模式測試)如圖2-1，2-2所示，對比圖2-1，2-2中可以看出表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板表面具有一層致密均勻的薄膜。圖3為實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板表面的XPS譜圖(PHI 5000C ESCA System,先采集樣品的(Tl200eV的全掃描譜，再采集各元素相關軌道的窄掃描譜)，圖3中Sn的Sn3d (Sn的3d軌道)結合能為486. 6eV和495. IeV,與Sn4+相對應。結合以上薄膜結構分析，可以確定薄膜的基本組成為SnO2，摻雜后的薄膜組成可表示成Sni_xSbx02。但是因為Sb的Sb3d (Sb的3d軌道)結合能和0的Ols (0的Is 軌道)的位置非常接近，而Ols更強，所以譜中Sb的Sb3d峰被0的Ols的峰掩蓋了。對上述實施例I所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板在模擬PEMFC工作環境(70°C，0. 05M H2S04+2ppm HF)進行電化學測試，
圖4-1、圖4-2為實施例I所用的304不銹鋼雙極板和最終所得的表面具有Sb摻雜 SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境(70°C，通H2,0. 05M H2S04+2ppm HF)、陰極工作環境(70°C，通空氣，0. 05M H2S04+2ppm HF)下的 Nyquist 圖(美國 EG&G公司的PARC273A恒電位/恒電流儀，采用三電極體系測試)。從圖4-1及圖4-2中可以看出，在陽極、陰極工作環境，表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板比空白的304不銹鋼雙極板都具有更大的阻抗值，說明本發明所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板具有更好的耐蝕性。圖5-1、圖5-2為實施例I所用的304不銹鋼雙極板和最終所得的表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境(70°C，通氫氣，0. 05M H2S04+2ppm HF)、陰極工作環境(70°C，通空氣，0. 05M H2S04+2ppm HF)下的Tafel曲線(美國 EG&G公司的PARC273A恒電位/恒電流儀，采用三電極體系測試)。從圖5-1及圖5-2可以看出，在陽極、陰極工作環境，表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的自腐蝕電位較304不銹鋼雙極板有明顯的正移，正移達分別達 446. 4mV、476. 6mV,同時，形成涂層前后的304不銹鋼雙極板的自腐蝕電流密度在陽、陰級分別由 75. 079 u A/cm2 下降至 0. 1656 u A/cm2, 33. 22 u A/cm2 下降至 0. 1331 y A/cm2,下降 2 3個數量級，也說明表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板具有更好的耐蝕性。圖6-1、圖6-2為實施例I所用的304不銹鋼雙極板板和最終所得的表面具有Sb 摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板分別在模擬PEMFC陽極工作環境(70°C，-0. IV，通 H2,0. 05M H2S04+2ppm HF)、陰極工作環境(70°C，+0. 6V,通空氣，0. 05M H2S04+2ppm HF)下的恒電位電流-時間曲線(美國EG&G公司的PARC273A恒電位/恒電流儀，采用三電極體系測試)。從圖6-1及圖6-2中可以看出，在PEMFC陽、陰極工作環境，表面具有Sb摻雜SnO2 薄膜涂層的304不銹鋼雙極板比304不銹鋼雙極板在最終穩定時，都具有更小的電流，與 304不銹鋼雙極板相比，恒定電流值下降2 3個數量級，也說明表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板具有更好的耐蝕性。這與阻抗測試、Tafel極化測試結果都一致。圖7顯示了實施例I所用的304不銹鋼雙極板和最終所得的表面具有Sb摻雜SnO2 薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的接觸電阻與壓強變化關系。測試系統原理圖如圖8所示， 測試時，樣品兩側與碳紙接觸以模擬極板與擴散層接觸的狀態，緊壓碳紙的是經過鍍金的銅塊，以便于壓緊不銹鋼，使碳紙與不銹鋼緊密接觸，模擬燃料電池內部結構，在兩端鍍金銅塊間外接一個微歐表，以顯示測量值。通過微歐表直接讀取測試區域電阻(R)(銅板、碳紙、試樣體電阻以及它們之間的接觸電阻)的變化。從圖7中可以看出，接觸電阻值隨壓強增加而減小，但是當壓強達到一定值時，接觸電阻的減幅變緩，當壓強達到I. 5MPa時，接觸電阻值幾乎保持恒定。目前，PEMFC電堆的組裝力通常在I. 5 MPa左右，從圖中曲線I. 5MPa時的接觸電阻值可以看出304不銹鋼雙極板由于其表面存在厚的鈍化膜，接觸電阻約為733πιΩ · cm2 ;表面具有SnO2涂層后的304 不銹鋼雙極板，其接觸電阻為217πιΩ · cm2 ;表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層后的304不銹鋼雙極板，其接觸電阻為34. 5ι Ω · cm2,在3. OMPa壓力下,最小可達14. 9mΩ ·αιι2。這表明在SnO2中摻雜Sb可進一步降低其與擴散層間的接觸電阻，基本達到商業化標準。以上所述內容僅為本發明構思下的基本說明，而依據本發明的技術方案所做的任何等效變換，均應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，所述的Sb摻雜SnO2薄膜涂層厚度為l(T20nm，所述的Sb摻雜SnO2薄膜涂層中Sb和Sn按摩爾百分比計算，即Sb: Sn 為 I. 65 6. 6%: 98. 35 93. 4%。
2.如權利要求I所述的一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法，其特征首先配制SbCl3的乙醇溶液，稱為A溶液，再配制SnCl2 ·2Η20的乙醇溶液，稱為B 溶液，最后緩慢向B溶液中逐滴滴加A溶液，得到Sb摻雜SnO2溶膠液；然后通過結合溶膠浸潰-提拉法和醇熱法在304不銹鋼雙極板的表面制備一層兼具耐蝕性和導電性的Sb摻雜SnO2薄膜涂層，最終得到一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板。
3.如權利要求2所述的一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法，其特征在于具體包括如下制備步驟(1)、將無水乙醇，SbCl3加入磨口錐形瓶中，用恒溫磁力攪拌器，升溫至50°C，磁力攪拌，控制攪拌速率600r/min，形成A溶液；再將無水乙醇，包裹劑聚乙二醇2000，SnCl2 ·2Η20先后加入另一磨口錐形瓶中，用恒溫磁力攪拌器，升溫至50 °C,磁力攪拌，控制攪拌速率600r/min,形成B溶液；最后緩慢向B溶液逐滴滴加A溶液，滴加過程控制溫度50°C下，滴加完后進行磁力攪拌，攪拌過程控制轉速為600r/min，時間為2h后，再進行陳化24h，得到無色透明的Sb摻雜 SnO2溶膠液；上述所用的SbCl3、SnCl2 · 2H20、聚乙二醇2000和無水乙醇的量按質量體積比計算，即 SbCl3: SnCl2 · 2H20:聚乙二醇 2000:無水乙醇為 O. 057 O. 228g: 3. 2g: O. 23g: 50ml ；(2)、基體材料的預處理基體材料為304不銹鋼雙極板，先用金相砂紙W20、WlO及W5逐級打磨，對打磨好的基體304不銹鋼雙極板再用無水乙醇脫脂后用超聲清洗5min，之后再用去離子水清洗，最后用空氣吹干待用；(3)、將步驟(I)所得的Sb摻雜SnO2溶膠液放入燒杯中，再將步驟(2)預處理后的304 不銹鋼雙極板材料浸入燒杯的Sb摻雜SnO2溶膠液中進行浸潰-提拉成膜，在提拉中保持勻速，提拉完成待膜自然干后放入100°C烘箱中烘干30min，在304不銹鋼雙極板表面形成一層均勻的薄膜涂層，如果需要更厚的薄膜，重復以上步驟至所需的厚度；(4)、將步驟(3)制得的表面具有薄膜涂層的304不銹鋼雙極板放入外殼為不銹鋼，內襯為聚四氟乙烯的高壓反應釜中，并向反應釜中加入步驟(I)所得的B溶液至反應釜體積的70%，密封后控制180°C反應溫度下反應3h，反應完后自然冷卻，并用去離子水清洗其表面，再用空氣吹干后放入100°C烘箱中30min，即可得到表面具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的 304不銹鋼雙極板。
4.如權利要求3所述的一種Sb摻雜SnO2膜改性PEMFC用304不銹鋼雙極板的制備方法，其特征在于步驟(I)中其中SbCl3: SnCl2 · 2H20:聚乙二醇2000:無水乙醇的質量體積比，即SbCl3: SnCl2 · 2H20:聚乙二醇2000:無水乙醇優選為O. 228g: 3. 2g: O. 23g: 50ml ο
5.如權利要求4所述的一種Sb摻雜SnO2膜改性PEMFC用304不銹鋼雙極板的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的基體材料304不銹鋼雙極板的大小為IOmmX35mmX 2mm。
6.如權利要求5所述的一種Sb摻雜SnO2膜改性PEMFC用304不銹鋼雙極板的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的浸潰-提拉過程中，304不銹鋼雙極板在溶膠液中浸潰時間為20s，提拉速度為2mm/s，提拉次數為2次。
全文摘要
本發明公開一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板。即先配制SbCl3的乙醇溶液即A溶液，再配制SnCl2·2H2O的乙醇溶液即B溶液,緩慢向B溶液中逐滴滴加A溶液，得到Sb摻雜SnO2溶膠液，再通過結合溶膠浸漬-提拉法和醇熱法在304不銹鋼雙極板表面制備一層Sb摻雜SnO2薄膜涂層，從而得一種具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板，不僅可有效地提高其在PEMFC環境(0.05MH2SO4+2ppmHF)下的性能，且仍有很好的機械強度。另外，本發明的具有Sb摻雜SnO2薄膜涂層的304不銹鋼雙極板的制備方法具有操作簡單，利于規模化生產等特點。
文檔編號C23C26/00GK102593479SQ201210037350
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月20日 優先權日2012年2月20日
發明者云虹, 劉明爽, 周羅增, 徐群杰, 李巧霞, 潘紅濤, 鄧先欽 申請人:上海電力學院