发明内容

本发明针对已有技术存在的上述问题，旨在提供一种用于燃料电池的合金金属双极板。该金属双极板无需专门制作耐腐蚀导电涂层，无需处理或者简单后处理即可具备良好的导电导热性、耐化学腐蚀及电化学腐蚀性、制备工艺大为简化和制造成本大幅度降低等特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于质子交换膜燃料电池的合金金属双极板，所述金属双极板由合金薄板制造而成，所述合金薄板的材料为钛、钨、镍、钼的合金，厚度为0.01-0.3mm。简单后处理的情况下，在极板的表层不含有耐腐蚀涂层，或者含有厚度极薄的(10-100纳米)后处理留下的、与专门构筑的耐腐蚀涂层不同的含有氮化物或者碳化物薄层。

进一步地，所述合金材料由主成分元素和次要成分元素组成的合金；所述主成分元素为钛、钨、镍中的一种以上；所述次要成分元素包括钨、钼、锆、铬、铌、钒、铁、硅、碳中的一种或者一种以上，以及其它微量杂质。

进一步地，所述主成分元素的质量含量为60-95％，次要成分元素的质量含量为5-40％。

进一步地，所述后处理包括清洗、退火、表面氮化、表面渗碳过程中的一种以上。无需在合金极板表面专门制作导电和耐腐蚀涂层。

进一步地，所述合金金属双极板由阳极侧板和阴极侧板焊接而成，阳极侧板和阴极侧板均设置有流场区，极板设置有流体主通道，阳极极板和阴极极板结合后在中间形成冷却液流场。

本发明还提供了一种用于燃料电池的导电耐蚀钛制金属双极板的制备方法，包括以下步骤：

(1)薄板裁切及冲孔；

(2)阳极板及阴极板的冲压成型；

(3)预清洗；

(4)焊接，将阳极板和阴极板组合定位好后，采用激光焊接等技术将两片极板焊接结合，两个极板中间自动形成冷却流场；

(5)焊接包括在两块极板的合适位置进行点焊，改进极板之间的结合力，以及保持极板的形态；

(6)极板的后处理，包括：喷砂打磨抛光处理、化学清洗、表面处理等。

上述方法中，步骤(1)中，所述薄板裁切方法包括激光切割、线切割或冲切；所述冲孔指采用冲压机冲切出极板的气体通道孔和固定销定位孔，极板的冲切和冲孔同步完成。

步骤(2)中，所述流场冲压成型技术指将合金薄板置于模具之中，在2000-6000KN/cm2压力下冲压成型。

上述方法中，步骤(3)中，所述预清洗指采用稀硫酸溶液、丙酮、乙醇、蒸馏水对合金薄板片进行除油、除垢、除氧化物处理。

上述方法中，步骤(4)中，所述焊接技术包括激光焊接或氩弧焊接。

上述方法中，步骤(5)中，所述点焊接技术指静电点焊技术。

上述方法中，步骤(6)中，所述的后处理方法为：先喷砂打磨及抛光，然后用蒸馏水冲洗，然后将极板分别置于90％乙醇和丙酮溶液中，超声清洗1小时，然后烘干极板；所述的表面处理主要指在400-600摄氏度温度下，在氮气氛(纯氮气或者氮气与氩气的混合气)、或者氨气氛下(纯氨气或者氨气与惰性气体的混合气)下对金属双极板进行热(氮化)处理，使其在金属极板表面形成致密的一层氮化物薄膜或者不生成氮化物薄膜。

进一步地，在所述步骤(6)中，所述的表面处理也包括采用化学CVD方法和等离子体渗碳方法在极板表明形成一层碳化钛的薄层。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

(1)通过选用高导电、高耐腐蚀的合金材料，配合以简易的后处理技术即可制得高性能、高耐久的燃料电池双极板，无需专门在极板表面制作导电耐腐蚀涂层。由于耐腐蚀涂层的制作常常需要昂贵的专用设备及原料，因此，本发明可大大降低设备投入，简化制备工艺，大幅度降低金属双极板的成本。

(2)目前含有耐腐蚀涂层的双极板常常存在耐腐蚀涂层导电性差、与基体结合力不强、耐久性差等问题；使得目前金属双极板组装的燃料电池电堆普遍存在耐久性不足的问题。本发明制作的金属双极板不存在专门制作的耐腐蚀涂层，且具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，完美地解决了目前金属双极板存在的问题。