本發明涉及一種不銹鋼雙極板及其制備方法，所述不銹鋼雙極板包括不銹鋼基板和依次沉積的Cr膜、CrN膜和TiCN膜；所述Cr膜的厚度為0.4?0.6μm；所述CrN膜的厚度為0.8?1.1μm，以原子百分含量計包括：Cr 65?75％，N 25?35％；所述TiCN膜的厚度為1.8?2.2μm，以原子百分含量計包括：Ti 45?55％，N 30?40％，C 10?20％。本發明提供的不銹鋼雙極板通過采用納米涂層結構，各膜層間具有良好的結合力，其具有良好的耐腐蝕性能，工作功率密度也顯著提升，達到了鍍金電極的性能，顯著降低了電極的成本。采用9片雙極板組成的電堆，相比TiN極片的功率密度提升20％及以上。

技術領域

本發明涉及燃料電池領域，具體涉及一種不銹鋼雙極板及其制備方法。

背景技術

目前燃料電池的瓶頸是成本高，使用中存在的局限性體現在工作溫度的兼容性、對環境毒性的敏感性以及啟停循環的耐久性。根據燃料電池電解質的不同，分為五大類，聚合物電解質膜燃料電池因采用聚合物膜電解質，可低溫下工作(80℃)，并且具有較高的功率密度，所以在應用上更有吸引力。

而雙極板作為聚合物電解質膜燃料電池的重要組成部分，占電堆重量的70％以上，體積的50％左右，其成本為電池成本的30-50％左右。目前雙極板材料主要分為3類，分別為石墨雙極板、復合材料雙極板和金屬雙極板。

石墨雙極板主要以國內為主，重量輕、耐腐蝕性好、導電導熱性能優異，但脆性大，價格高，流場加工成本高；復合材料雙極板國內研發階段，成本高，導電性差，但耐腐蝕性好。如CN110204669A公開了用于制備石墨雙極板的液體樹脂及其制備得到的石墨雙極板。所述用于制備石墨雙極板的液體樹脂的制備方法，包括步驟：將醛類物質、烷基酚、苯酚投入反應釜，攪拌均勻后投入堿性催化劑，升溫進行反應；再加入醇類物質，升溫度繼續攪拌反應；最后加入三聚氰胺、硅油、硅脂、聚乙烯醇物質，攪拌反應完全后，停止加熱，室溫出料，即可得到用于粘劑石墨的樹脂粘結劑。采用的液體樹脂能更好的與石墨粉末混合，提高石墨雙極板的導電性，致密性更好。

而金屬雙極板在國外產業化成熟，而國內處于研發階段，可塑行強，但主要缺點是強酸高濕情況下易腐蝕。如CN109560305A公開了一種金屬雙極板，包括：陽極底片(1)、陰極底片(2)；所述陽極底片(1)與所述陰極底片(2)之間設有密封墊(3)；所述陰極底片(2)與所述密封墊(3)相鄰的一面設有冷卻水流道板(4)，所述陰極底片(2)的另一面設有陰極流道板(5)；所述陽極底片(1)與所述密封墊(3)相背的一面設有陽極流道板(14)。該金屬雙極板，與現有技術中整體式沖壓成型的雙極板不同，底片與流道板分體裝配，不需采用昂貴的沖壓模具設備，避免了沖壓成型中材料內應力集中，工件開裂等隱患，生產成本低，工藝流程簡單，具有很高的實用價值。

不銹鋼作為金屬雙極板的一種，具有成本低、強度高及易加工的特點，但酸性濕熱環境下易腐蝕，表面形成鈍化膜，導致電池內阻增加，恒定電壓條件下，電堆工作電流過低，導致電池功率密度下降。如CN110699647A公開了一種燃料電池不銹鋼雙極板改性方法，包括如下步驟：前處理：將不銹鋼雙極板通過有機試劑去除表面油污，再通過電拋光對雙極板表面進行拋光處理；第一次鍍膜：將處理后的雙極板放置入真空室內進行抽真空，待真空室內氣體壓強低于1.0×10^-3Pa，再向真空室內通過高純度Ar氣，通過脈沖偏壓電弧離子鍍對雙極板進行鍍膜，改性層采用金屬基材；第二次鍍膜：將第一次鍍膜完成的雙極板浸入化學鍍槽內的復合鍍溶液，最終得到鍍層無起皮，均勻致密。本發明先通過電弧離子鍍先在不銹鋼雙極板上鍍上一層CrAlN鍍層，提高了雙極板外層的抗氧化性與耐腐蝕性能，再在CrAlN鍍層上通過化學鍍的方式鍍上一層鎳鍍層，鎳鍍層耐磨性能好，硬度高也有一定的耐腐蝕性能。

而使用鈦作為雙極板材料，成本較高。雖然鈦的氧化膜無論在陰極還是陽極環境下均能保持性能穩定，幾乎不產生腐蝕。但陽極環境下由于氣氛中存在氧氣，鈦表面會產生新的氧化鈦膜，該氧化鈦膜雖然可以增強鈦的耐蝕性，但其導電性差，導致其表面接觸電阻變大，且電阻會隨著氧化鈦膜厚度增加而增大，而電流在此會以熱量形式耗散，從而降低了電堆的功率。