【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于氢能，具体涉及一种表面改性的多孔钛扩散层、制备方法和应用。
技术介绍
1、氢气由于具有零污染和高能量密度等特点，被认为是一种理想的能源载体。在氢经济背景下，电解水制氢技术成为获得高纯度氢燃料的高效能源转换工艺之一，最终通过燃料电池等可再生能源转换技术将氢能推广使用。金属基气体扩散层作为燃料电池和电解水装置中的核心部件之一，由于强酸性和高氧化电位的工况条件，通常需要在多孔钛表面修饰贵金属(ir或pt)涂层以提高气体扩散层的导电性和使用寿命，但是存在贵金属用量大，生产成本高等问题。
2、针对当前燃料电池和电解水装置中钛扩散层组件表面镀层技术成本高昂的问题，开发低成本、高性能钛多孔传输层表面改性技术迫在眉睫。碳化钛(tic)具有高的化学稳定性和良好的导电性，通过碳化钛涂层对多孔钛基体进行表面修饰，是一种有效且经济的多孔钛扩散层表面改性方式。传统的碳热还原tio2法，需要高温(1700℃～2100℃)和长时间保温(10h～24h)，产物易出现大块团聚、颗粒形状不均匀等问题。
3、因此，需要开发一种操作工艺简单，在低反应温度和短的反应时间条件下制备优质tic涂层的表面改性技术。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种表面改性的多孔钛扩散层。该方法通过将氧化后的多孔钛基体包埋在含有聚乙二醇粉末和钛粉的瓷舟中进行热处理，有效降低tic涂层的制备温度和反应时间，简化制备工艺，获得具有高导电、良好耐蚀性的表面改性的多孔
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，包括多孔钛基体和多孔钛基体表面原位生长的tic涂层。
3、上述的一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，所述多孔钛基体为钛网、烧结多孔钛、钛毡或泡沫钛。本专利技术的多孔钛扩散层适用于多种基体，提高了本专利技术的实用性。
4、同时，本专利技术还公开了一种制备如上述的表面改性的多孔钛扩散层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5、步骤一、将多孔钛基体于空气中进行热处理，得到tio2/ti前驱体；
6、步骤二、采用钛粉、聚乙二醇粉末将步骤一中得到的tio2/ti前驱体按照钛粉-聚乙二醇粉末-tio2/ti前驱体-聚乙二醇粉末-钛粉的铺粉次序，包埋在磁舟中，然后放置于管式炉中，在惰性气氛中进行热处理，形成表面改性的多孔钛扩散层。
7、本专利技术的热处理过程中，首先聚乙二醇粉末在高温下发生热分解，产生大量无定型碳，为tio2/ti前驱体提供高浓度还原性气氛，同时，利用松装的钛粉将聚乙二醇粉末分解产生的无定型碳“锁住”，延长无定型碳在tio2/ti前驱体表面的停留时间，保证了高浓度还原性气氛的持续时间；在持续的高浓度还原性气氛下，小分子的无定型碳能够快速进入tio2/ti前驱体的tio2晶格中，从而有效降低tic的制备温度和反应时间，形成高导电、良好耐蚀性的表面改性的多孔钛扩散层。
8、上述的方法，其特征在于，步骤一中所述热处理的温度为300℃～600℃，热处理时间为2h～10h。本专利技术通过控制热处理氧化的温度和时间，从而控制tio2/ti前驱体中tio2氧化层的厚度。
9、上述的方法，其特征在于，步骤二中所述聚乙二醇粉末的分子量为2000～10000。由于高分子量的聚乙二醇分子间的相互作用力较强，因此分子量较高的聚乙二醇具有更高的分解温度,本专利技术通过控制聚乙二醇粉末的高分子量，保证其在高温下大量热分解产生高浓度无定型碳，用于tio2/ti前驱体中tio2氧化层的还原过程。
10、上述的方法，其特征在于，步骤三中所述惰性气氛为氮气或者氩气。
11、上述的方法，其特征在于，步骤二中所述热处理的过程为：先以5℃/min的升温速率加热至350℃保温1h，随后以10℃/min的升温速率加热至700℃～1000℃保温2h～8h。本专利技术通过控制热处理过程中的升温速率、反应温度和时间，从而调控表面改性的多孔钛扩散层中tic涂层的厚度和涂层中颗粒的粒径；随着温度的升高和保温时间的延长，tic涂层的厚度增加、涂层中颗粒尺寸逐渐增大，从而获得不同粗糙度、不同导电性和不同耐腐蚀性能的表面改性的多孔钛扩散层。
12、同时，本专利技术还公开了一种如上述的表面改性的多孔钛扩散层在燃料电池及电解水器件中的应用。
13、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
14、1、本专利技术将热处理氧化后获得的tio2/ti前驱体包埋在含有聚乙二醇粉末和钛粉的瓷舟中进行热处理，利用聚乙二醇粉末分解产生的无定型碳作为碳源为tio2的还原提供持续的高浓度还原性气氛，提高了多孔钛基体表面原位生长的tic涂层的均匀性，有效降低tic涂层的制备温度和反应时间，获得具有高导电、良好耐蚀性的表面改性的多孔钛扩散层，极大简化制备工艺。
15、2、本专利技术的制备方法仅涉及简单的热处理工艺，操作简单，为金属气体扩散层的表面改性提供了低成本、有扩大规模可行性的技术路线。
16、3、本专利技术制备的表面改性的多孔钛扩散层具有高导电和良好耐蚀性，在燃料电池及电解水器件中展现出了优异的性能。
17、下面通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的详细描述。
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1.一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，包括多孔钛基体和多孔钛基体表面原位生长的TiC涂层。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，所述多孔钛基体为钛网、烧结多孔钛、钛毡或泡沫钛。
3.一种制备如权利要求1或2所述的表面改性的多孔钛扩散层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中所述热处理的温度为300℃～600℃，热处理时间为2h～10h。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述聚乙二醇粉末的分子量为2000～10000。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤三中所述惰性气氛为氮气或者氩气。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤二中所述热处理的过程为：先以5℃/min的升温速率加热至350℃保温1h，随后以10℃/min的升温速率加热至700℃～1000℃保温2h～8h。
8.一种如权利要求1或2所述的表面改性的多孔钛扩散层在燃料电池及电解水器件中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，包括多孔钛基体和多孔钛基体表面原位生长的tic涂层。
2.根据权利要求1所述的一种表面改性的多孔钛扩散层，其特征在于，所述多孔钛基体为钛网、烧结多孔钛、钛毡或泡沫钛。
3.一种制备如权利要求1或2所述的表面改性的多孔钛扩散层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤一中所述热处理的温度为300℃～600℃，热处理时间为2h～10h。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：高文彬，张宝光，赵少阳，徐晨阳，王昊，杨坤，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：
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