燃料电池的双极板及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种燃料电池的双极板及其制作方法，其中该燃料电池的双极板包括基材与抗蚀层。基材具有多个流道。抗蚀层，覆盖于所述基材上。基材的表面粗糙度小于或等于1.2μm。本发明专利技术实施例的燃料电池的双极板及其制作方法，可以提升燃料电池的双极板抗腐蚀及寿命。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的双极板及其制作方法
本专利技术涉及一种燃料电池及其制作方法，且特别是涉及一种燃料电池的双极板及其制作方法。
技术介绍
燃料电池的能量转化效率高，具有清洁、低污染、能量密度高、启动快、连续供电时间长等优点，因而被认为是未来可兼具能源与环境要求的理想发电装置与能源自主的战略选项。燃料电池可通过使用超薄金属板材来制作双极板，以提高双极板的流道密度，用于提高电池的能量密度。然而，超薄金属双极板在冲压超薄板材流道的过程中，在与模具接触处易发生高变形，使其表面变得粗糙，而容易产生局部的腐蚀与断裂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池的双极板及其制作方法，可以提升燃料电池的双极板抗腐蚀及寿命。本专利技术实施例提出一种燃料电池的双极板，包括基材与抗蚀层。基材具有多个流道。抗蚀层，覆盖于所述基材上。基材的表面粗糙度小于或等于1.2μm。本专利技术实施例又提出一种燃料电池的双极板的制造方法，包括提供板材，并对所述板材进行压延制作工艺。对所述板材进行回火处理。通过冲压模具对所述板材进行冲压制作工艺，以形成基材，所述基材具有多个流道。进行脱模制作工艺。基于上述，本专利技术实施例的燃料电池的双极板及其制作方法，可以提升燃料电池的双极板抗腐蚀及寿命。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。附图说明图1A至图1F是本专利技术实施例的燃料电池的双极板的制造方法的流程剖视图；图2是本专利技术实施例的模具的剖视图；图3是本专利技术实施例的具有流道的基材的剖视图；图4A是本专利技术实施例的燃料电池的剖面示意图；图4B是本专利技术实施例的双极板的流道相对应设置的燃料电池的剖面示意图；图5A是本专利技术实施例的双极板流道方向平行的燃料电池的剖面示意图；图5B是本专利技术实施例的双极板流道方向垂直的燃料电池的剖面示意图；图6是本专利技术实施例的一种燃料电池组的剖面示意图；图7A是实例1的不锈钢晶粒的SEM影像图；图7B是比较例1的不锈钢晶粒的SEM影像图；图8A是实例1的不锈钢基材的表面粗糙度分析的示意图；图8B是比较例1的不锈钢基材的表面粗糙度分析图；图9A是实例2的以具有45度拔模角的模具冲压后所得不锈钢基材的光学显微镜(OM)的影像图；图9B是实例1的以具有70度拔模角的模具冲压后所得不锈钢基材的光学显微镜的影像图；图10A是实例4的钛晶粒的SEM的影像图；图10B是比较例3的钛晶粒的SEM的影像图；图11A是实例4的钛基材的表面粗糙度分析图；图11B是比较例3的钛基材的表面粗糙度分析图；图12A是实例5的以具有45度拔模角流道图案的模具冲压后所得钛基材的光学显微镜的影像图；图12B是实例4的以具有70度拔模角流道图案的模具冲压后所得钛基材的光学显微镜的影像图。具体实施方式超薄金属双极板可用来提高燃料电池双极板的流道密度，提高电池的能量密度，但超薄金属板材流道密度提升则引发镀膜的披覆均匀性受严峻挑战，尤其是超薄金属板材压延成型后原始晶粒粗大，当高密度流道冲压成型后可见明显的晶粒，使流道表面粗糙，此时镀膜的均匀性变差，双极板的抗蚀性降低，影响使用寿命。本专利技术提供一种超薄金属双极板，其具有良好的镀膜均匀性，可改善抗蚀性与寿命。图1A至图1F是本专利技术实施例的燃料电池的双极板的制造方法的流程剖视图。请参照图1A，提供板材10。板材10例如为平板状的导电材料。导电材料包括金属、金属的衍生物、介金属或其组合。金属例如是不锈钢、钛合金、镍合金、铝合金或其组合。不锈钢可以是430不锈钢、304不锈钢、316不锈钢或其组合；钛合金包含:纯钛、钛铝钒合金(Ti6Al4V)、钛钯合金或相关合金；镍合金包含:纯镍、镍铬合金、镍钼合金或相关合金；铝合金包含:纯铝、铝镁硅合金、铝铜镁合金或相关合金。衍生物可以包括碳化物、氮化物、氮氧化物或氰化物。在板材10为导电材料的衍生物的实施例中，板材10例如是钛或铝的碳化物、氮化物、氮氧化物或氰化物。在板材10为导电材料的介金属的实施例中，板材10例如是钛镍的介金属或钛铝的介金属。板材10的厚度范围例如是100微米(μm)至1000微米。板材10的晶粒的粒径例如是0.5μm至200μm。板材10的晶粒平均粒径范围例如是1μm至100μm。板材10的厚度例如是50μm至500μm。请参照图1B，对板材10进行压延制作工艺13，使板材10经过压延而薄化，并且使得板材10产生动态再结晶，以使晶粒细化，而形成板材10a。压延制作工艺13可以通过压延机来加工。压延机可以是双辊压延机、3辊轧成型机或滚压成型机。在一些实施例中，进行压延制作工艺的压力范围为100MPa至3000MPa。在一些实施例中，进行压延制作工艺的压力范围为100MPa至1500MPa。在另一些实施例中，进行压延制作工艺的压力范围为200MPa至1000MPa。在又一些实施例中，进行压延制作工艺的压力维持在一定值，例如是300MPa、600MPa或800MPa。进行压延制作工艺的温度范围例如是摄氏20度至摄氏900度。压延后的板材10a的厚度可以是压延前板材10的厚度的1/20至1/2。压延后的板材10a的厚度可以是小于或等于200μm。在一些实施例中，板材10a的厚度为20μm至300μm。板材10a的晶粒的粒径范围例如5μm至100μm、1μm至50μm或1μm至20μm。板材10a的晶粒平均粒径范围例如是5μm至50μm、1μm至20μm或0.5μm至10μm。在一些实施例中，板材10中还添加微量的析出物。析出物系添加于晶界中，以避免在进行压延制作工艺中产生再结晶，而造成区域晶粒过度成长的现象，从而限制晶粒的尺寸。析出物例如是金属碳化物、合金或金属硼化物。金属碳化物例如是M(Fe、Cr、Mo..)23C6、Fe3C、Cr3C或Mo3C。合金例如是Ti2Pd或Ti3Al。金属硼化物例如是Ti3B、Zr3B等。请参照图1C，在进行压延制作工艺之后，对压延制作工艺后的板材10a进行热处理(热处理制作工艺)14，以改变板材10a的微结构。热处理14可以是回火处理或退火热处理。更具体地说，热处理14可使板材10a的晶粒再生与重整，使压延后的应变能转换为再生晶粒的动能，以使晶粒细化，从而使得热处理后的板材10b的晶粒的粒径控制在一定的范围内。热处理14例如是在真空的环境下进行。热处理14的真空度例如是小于1×10-2torr。在一些实施中，热处理14的真空度例如是1×10-5torr至1×10-2torr。热处理14的温度例如是小于摄氏600度的低温回火。在一些实施中，热处理14的温度范围例如是摄氏300度至550度。在又一些实施中，热处理的温度范围例如是摄氏300度至400度。热处理14的时间范围例如是1小时至6小时。热处理14的方式可以采用连续炉或热处理炉等。在一些实施例中，经热处理后的板材10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池的双极板，其特征在于，包括：/n基材，具有多个流道；以及/n抗蚀层，覆盖于所述基材上，/n其中所述基材的表面粗糙度小于或等于1.2μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池的双极板，其特征在于，包括：
基材，具有多个流道；以及
抗蚀层，覆盖于所述基材上，
其中所述基材的表面粗糙度小于或等于1.2μm。


2.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中所述基材的晶粒的平均粒径范围介于0.3μm至15μm之间。


3.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中所述流道的间距小于或等于3mm。


4.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中，所述基材包括不锈钢、钛、镍、铬、前述的衍生物、前述的介金属或前述的组合。


5.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中，所述基材包括钛或铬的碳化物、氮化物、氮氧化合物、氰化物、钛镍介金属或钛铝介金属。


6.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中，所述基材的所述流道的拔模角大于40度。


7.如权利要求1所述的燃料电池的双极板，其中所述抗蚀层的导电度为1×103S/cm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘燕妮，王鸿彬，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71