【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池领域，尤其涉及一种金属基超薄一体化单电池及其制备方法。
技术介绍
1、氢燃料电池是一种能量转化装置，其按照电化学原理将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有发电效率高、环境污染少的优点，有着广泛的应用前景。影响氢燃料电池推广应用的因素除了加氢站等基础设施和法规等配套有待完善外，氢燃料电池的成本、耐久性、低温性能以及功率密度等仍有待提高。电堆作为氢燃料电池核心部件，是对外功率输出的核心，其成本约占氢燃料电池系统总成本的42％～62％，所以电堆的开发对氢燃料电池推广应用至关重要。
2、降低氢燃料电池成本的方向总体上可分为三个角度，其一是降低材料成本，其二是降低工艺成本，其三是提高电堆本身的比功率密度。目前氢燃料电池内的气体扩散层(gdl)主要为碳纸或碳毡，原材料为较为昂贵的碳纤维。且碳纸或碳毡的机械强度有限，限制了碳纸厚度的减薄，增加了碳纤维的消耗。这种情况既导致材料成本的增加也限制了体积功率密度的提升。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有的碳基气体扩散层成本较高、厚度较大、机械强度较低的问题，提出一种具有金属材质气体扩散层的、低成本、高体积功率密度的一体化单电池及其制备方法。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种金属基超薄一体化单电池的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)、在预涂层不锈钢基底上冲压歧管口、密封槽、过桥区及其他除流道外的必要降面，得到无流场的阴极单极板基底和阳极单极
5、(2)、在阳极单极板基底冷却侧粘贴水场导电导流结构，并在密封槽内粘贴密封垫；
6、(3)、取一块金属材质的气体扩散层，在其表面通过梳理法或气流成网法铺制一层无纺铺料，此后在气体扩散层上表面烧结出气流流道，吹扫清洁后得到阴极一体化流道气体扩散层和阳极一体化流道气体扩散层；
7、(4)、将阴极、阳极一体化流道气体扩散层通过电化学法浸泡在其表面镀上涂层；
8、(5)、将步骤(4)得到的阴极、阳极一体化流道气体扩散层无流道的一侧通过磁控溅射设备制备出碳微孔层；
9、(6)、在步骤(5)得到的阴极、阳极一体化流道气体扩散层的流道脊背涂覆导电粘合剂，并与阴阳极板对应贴合、固化，得到一体化阴极板和一体化阳极板；
10、(7)、将一体化阴极板、催化剂负载质子交换膜、一体化阳极板通过气场密封胶组装粘贴为一体化单电池。
11、作为优选，步骤(3)中金属材质的气体扩散层为金属毡、金属网或金属泡沫中的一种，其中金属毡为钛毡、锡毡、304l不锈钢毡或316l不锈钢毡中的一种。
12、作为优选，所述金属材质的气体扩散层厚度为30μm～150μm。
13、作为优选，步骤(3)中所述无纺铺料为与气体扩散层同材质的短切金属纤维或粉末，短切金属纤维的直径小于等于气体扩散层所用纤维的直径。
14、作为优选，步骤(3)中气流流道采用激光烧结或电子束烧结法烧结成型。
15、作为优选，步骤(3)中清洗吹扫过程为，先通过酸洗去除氧化膜，再用去离子水冲洗，最后在氩气环境中吹扫烘干。
16、作为优选，步骤(4)中涂层为碳基材质或贵属材质的耐蚀导电涂层。
17、作为优选，步骤(5)中磁控溅射反应气体为乙炔，溅射气体为氩气，气体分压p(乙炔)/p(氩气)为0.2，沉积气体总压强设置为5pa，直流溅射电流为5a，基材偏压为150v，基材温度为200℃，基材与靶材的距离为80mm。
18、作为优选，步骤(6)中导电粘合剂为导电胶或复合石墨浆料。
19、还专利技术还提出一种金属基超薄一体化单电池，通过上述的金属基超薄一体化单电池的制备方法制备而成。
20、与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：
21、(1)本专利技术金属基超薄一体化单电池以无复杂流道的金属极板为基底，无需冲压复杂的流道，降低了金属极板冲压的难度。基底可以选择更薄的金属基材，使氢燃料电池更加轻薄，保证其机械强度的同时节省大量开模费用并可以提高成品率；
22、(2)以金属毡为gdl，通过激光/电子束烧结等增材制造的思路，在gdl一侧制备高精度流场结构，可以不用制作高成本复杂模具的情况下快速制备设计的流道结构；
23、(3)在气体扩散层另一侧通过磁控溅射技术生长出碳微孔层，gdl与微孔层结合牢固，降低了扩散层与催化剂层长时间运行后相互扩散的速度，有助于提升电堆耐久性；
24、(3)本专利技术将全部的传质结构集中在gdl上，流道与gdl为一体，不存在接触电阻，再通过导电粘合剂与金属极板贴合，解决了传统金属gdl接触电阻过大的问题。
25、(4)通过激光/电子束烧结形成的流道结构为多孔结构，其孔隙小于gdl，因此能够将水引导至流道与金属电极基底相接的区域排除，避免水在gdl和流道脊之间造成堵水风险。
26、(5)本专利技术的金属基超薄一体化单电池能进一步提升燃料电池的体积功率密度，降低成本。
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1.一种金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中金属材质的气体扩散层为金属毡、金属网或金属泡沫中的一种，其中金属毡为钛毡、锡毡、304L不锈钢毡或316L不锈钢毡中的一种。
3.根据权利要求2所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：所述金属材质的气体扩散层厚度为30μm～150μm。
4.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述无纺铺料为与气体扩散层同材质的短切金属纤维或粉末，短切金属纤维的直径小于等于气体扩散层所用纤维的直径。
5.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中气流流道采用激光烧结或电子束烧结法烧结成型。
6.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中清洗吹扫过程为，先通过酸洗去除氧化膜，再用去离子水冲洗，最后在氩气环境中吹扫烘干。
7.根据权利要求1所述的金属基超薄一
8.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(5)中磁控溅射反应气体为乙炔，溅射气体为氩气，气体分压P(乙炔)/P(氩气)为0.2，沉积气体总压强设置为5Pa，直流溅射电流为5A，基材偏压为150V，基材温度为200℃，基材与靶材的距离为80mm。
9.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(6)中导电粘合剂为导电胶或复合石墨浆料。
10.一种金属基超薄一体化单电池，其特征在于：通过权利要求1-9任一项所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中金属材质的气体扩散层为金属毡、金属网或金属泡沫中的一种，其中金属毡为钛毡、锡毡、304l不锈钢毡或316l不锈钢毡中的一种。
3.根据权利要求2所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：所述金属材质的气体扩散层厚度为30μm～150μm。
4.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述无纺铺料为与气体扩散层同材质的短切金属纤维或粉末，短切金属纤维的直径小于等于气体扩散层所用纤维的直径。
5.根据权利要求1所述的金属基超薄一体化单电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中气流流道采用激光烧结或电子束烧结法烧结成型。
6.根据权利要求1所述的金属基超薄一体...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢佳平，朱维，姜伟峰，王想，沈军，
申请(专利权)人：上海卓微氢科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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