一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，属于电镀以及质子交换膜燃料电池双极板防护技术领域。该方法包括：(1)对不锈钢基体表面进行前处理，包括打磨、抛光、除油。(2)配置碱性PbO2电镀溶液，在不锈钢表面制备致密的

【技术实现步骤摘要】
一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及电镀以及质子交换膜燃料电池双极板防护
，具体涉及一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]双极板是质子交换膜燃料电池中的重要组成部分，其重量和成本分别约占整个电池堆的80％和30％，双极板在电池中有着举足轻重的作用，其可以支撑电池、分离反应气体、收集电流、导热、排出反应水等。所以合格的双极板应该具有一定的强度和可加工性，高导电导热性，优异的耐腐蚀性、较好的疏水性以及较低的成本。不锈钢金属双极板被认为是双极板的最佳材料之一，然而，不锈钢双极板在燃料电池的酸性环境下耐蚀性能不佳，同时金属表面钝化膜的产生增加了双极板与气体扩散层之间的接触电阻，降低了电池的使用效率。大量研究表明，对双极板进行表面镀膜改性可以提高不锈钢的使用性能。
[0003]二氧化铅涂层电极作为一种性能良好的材料，具有较低的成本低、较好的导电性、耐酸碱腐蚀性好、析氧电位高等优点，已经在水处理电极，铅酸电池正极材料，次氯酸、氯酸盐等无机盐电解中取得了应用；二氧化铅涂层通常在处理后的钛、石墨、塑料和陶瓷上制备，大多采用直流电镀工艺制备，制备的二氧化铅组织不够均匀致密，耐蚀性能不佳，而且二氧化铅本身作为双极板的防护涂层导电性能有待提高，因此本专利技术对二氧化铅进行改性，选择具有良好导电性和耐蚀性的碳纳米管，将其与二氧化铅复合，在二氧化铅中形成导电网络来增强导电性，同时，采用脉冲电镀工艺来改善涂层晶粒粗大，组织不致密的问题，通过脉冲可以很好的调控通断电时间来实现过电位的最大化，同时脉冲的张弛作用，消除不锈钢阳极表面和溶液内部Pb
2+
的浓度差，提高阳极过电位，从而增加形核速率，避免晶粒的过度长大，使涂层组织更加致密。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，通过脉冲电镀工艺制备PbO2/CNTs复合涂层，提升涂层的防腐性能和导电性能，提高不锈钢双极板的使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0007]1)对不锈钢基体表面进行前处理，包括依次进行的打磨、抛光、有机溶剂超声波除油、碱性除油。
[0008]2)配置碱性PbO2电镀溶液，在不锈钢表面制备致密的
ɑ
‑
PbO2作为中间层。
[0009]配置碱性PbO2电镀溶液：50～200g/L NaOH、过饱和黄色PbO。将前处理好的不锈钢试样放入碱性电镀液中，以不锈钢试样为阳极，纯铅板为阴极，电流密度为1～4A
·
dm
‑2，频率100～999Hz，占空比：0.3～0.8，温度30～40℃，电镀时间为3～5min。
[0010]3)配置酸性PbO2复合电镀溶液，在
ɑ
‑
PbO2表面制备致密的β
‑
PbO2/CNTs复合涂层。
[0011]配置酸性PbO2复合电镀液：100～300g/L Pb(NO3)2、0.1～1g/L NaF、0.1～1g/L碳纳米管、余量为水；采用硝酸调节PH为3～4，使用玻璃棒搅拌均匀，超声波分散1～2小时，在300～500rpm的机械搅拌下分散3～5小时。
[0012]将制备好的
ɑ
‑
PbO2试样放入酸性PbO2复合电镀溶液中，以试样为阳极，纯铅板为阴极，机械搅拌速度为100～200rpm，使复合镀液中的碳纳米管一直处于良好的分散状态，电镀温度:30～45℃，电流密度1～4A
·
dm
‑2，频率100～999Hz，占空比0.3～0.8，时间为10～20min。最终制备的PbO2/CNTs复合涂层厚度为5～20μm，涂层的自腐蚀电流密度为1～20μA/cm2，接触电阻值为30～70mΩ
·
cm2。
[0013]本专利技术的优点和效果如下：
[0014]1、本专利技术中采用脉冲电镀的工艺进行复合电镀，与直流电镀工艺相比，通过脉冲可以很好的调控通断电时间来实现过电位的最大化，同时通过脉冲的张弛作用，可以消除不锈钢阳极表面和溶液内部Pb
2+
的浓度差，提高阳极过电位，从而增加形核速率，避免晶粒的过度长大，从而使组织结构更加致密；
[0015]2、在二氧化铅涂层中引入具有优异耐蚀性和导电性的碳纳米管，在工艺中解决了碳纳米管在镀液中易团聚的问题，通过共同沉积的方式使碳纳米管很好的共沉积在涂层中，形成稳定的导电网络，有效的提升了涂层的导电性能，致密的复合涂层体系有效提升不锈钢的耐蚀性能，使其可以更好的在双极板中应用。
附图说明：
[0016]图1是本专利技术实施例1的
ɑ
‑
PbO2涂层的微观组织图片。
[0017]图2是本专利技术实施例1的β
‑
PbO2/CNTs复合涂层的微观组织图片。
具体实施方式：
[0018]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。
[0019]实施例1
[0020]1、材料准备：基体试样为316不锈钢，试样尺寸为30mm
×
30mm
×
1mm，将不锈钢打磨抛光后，在丙酮中用超声波清洗除油、碱洗除油，用去离子水洗净备用。其中：碱洗除油液组成为：氢氧化钠30g/L、磷酸钠40g/L、碳酸钠50g/L、OP
‑
10 1ml/L、其余为水；温度75℃，除油4min。
[0021]2、配置碱性PbO2电镀溶液，在不锈钢表面制备致密的
ɑ
‑
PbO2作为中间层：
[0022]配置碱性PbO2电镀溶液：100g/L NaOH、过饱和黄色PbO、水为余量。
[0023]将前处理好的不锈钢试样放入碱性电镀液中，以不锈钢试样为阳极，纯铅板为阴极，电流密度为1A
·
dm
‑2，频率300Hz，占空比：0.5，温度35℃，电镀时间为5min。所得
ɑ
‑
PbO2中间层如图1所示。
[0024]3、配置酸性PbO2复合电镀溶液，在
ɑ
‑
PbO2表面制备致密的β
‑
PbO2/CNTs复合涂层。
[0025]配置酸性PbO2复合电镀溶液：200g/L Pb(NO3)2、0.5g/L NaF、0.1g/L碳纳米管，硝酸调节PH为3，余量为水；使用玻璃棒搅拌均匀，超声波分散2小时，在500rpm的机械搅拌下分散5小时；
[0026]将制备好的中间层
ɑ
‑
PbO2涂层样品放入复合镀液中，以试样为阳极，纯铅板为阴极，采用机械搅拌使复合镀液中的碳纳米管一直处于良好的分散状态，其搅拌速度为15本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，其特征在于：该方法包括下步骤：(1)对不锈钢基体表面进行前处理，包括依次进行的打磨、抛光和除油处理；(2)配置碱性PbO2电镀溶液，在不锈钢表面制备致密的α
‑
PbO2作为中间层；(3)配置酸性PbO2复合电镀液，在α
‑
PbO2表面制备致密的β
‑
PbO2/CNTs复合涂层。2.按照权利要求1所述的不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述碱性PbO2电镀溶液组成为：50～200g/L的NaOH、过饱和黄色PbO、余量为水。3.按照权利要求1或2所述的不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在不锈钢表面制备致密的
ɑ
‑
PbO2作为中间层实施过程如下：将经步骤(1)前处理好的不锈钢试样放入碱性PbO2电镀液中，以不锈钢试样为阳极，纯铅板为阴极，电流密度为1～4A
·
dm
‑2，频率100～999Hz，占空比0.3～0.8，温度30～40℃，电镀时间为3～5min。4.按照权利要求1所述的不锈钢双极板表面脉冲电镀PbO2/CNTs涂层的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述酸性PbO2复合电镀液组成为：100～300g/L的Pb(NO3)2、0.1～1g/L的NaF，0.1～1g/L的碳纳米管、余量为水；采用硝酸调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭泉忠，于海强，汪川，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：