本發(fā)明涉及電解水制氫雙極板及其制備，具體涉及一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣被認(rèn)為最有前途的、綠色的和清潔的能源，氫電能夠?qū)崿F(xiàn)高效的轉(zhuǎn)換、氫氣具有較高的能量密度儲(chǔ)存相對(duì)容易、氫氣轉(zhuǎn)化電能具有規(guī)模化應(yīng)用潛力。pem制氫是用風(fēng)能、光能、電能等電解純水制備氫氣，它的基本過程是水在正極上發(fā)生水解反應(yīng)、氫離子穿過有序膜電極到達(dá)負(fù)極、電子通過外電路由正極傳到了負(fù)極、到達(dá)負(fù)極后的氫離子與電子結(jié)合生成氫氣。這種方法使用純水電解，避免了潛在的環(huán)境污染，對(duì)環(huán)境友好；質(zhì)子交換膜電阻及氣體滲透率低，使其電流密度、工作效率及氣體純度高；動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，適應(yīng)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性。

2、pem電解槽主要由陽極端板、陰極端板、陰陽極擴(kuò)散層、陰陽極催化層以及質(zhì)子交換膜組成，見圖1，其中陽極端板、陰極端板合起來被稱為雙極板，是用1.0mm左右厚度的鈦板制造的。鈦和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質(zhì)中，鈦表面生成一層致密的、附著力強(qiáng)、惰性大的氧化膜，保護(hù)了鈦基體不被腐蝕，即使由于機(jī)械磨損也會(huì)很快自愈或重新再生。正是因?yàn)殁佊羞@些特性，非常適合制造pem雙極板。為了獲得更高的產(chǎn)氫速率，pem電解槽通常由多片單個(gè)的電解槽串聯(lián)堆疊而成，因此雙極板用鈦板的用量極大。而且，因?yàn)殁伿琴F金屬，因此鈦材成本較高。

3、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法：制得的鈦-鎳-鋼復(fù)合板不僅兼具了鈦的耐腐蝕性、又具備了合金鋼的高強(qiáng)度，同時(shí)制造的成本大幅度降低，上述性能使得該鈦-鎳-鋼復(fù)合板更適合用作制造pem雙極板的材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供了一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法。

2、本發(fā)明的種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法：

3、制得的鈦-鎳-鋼復(fù)合板不僅兼具了鈦的耐腐蝕性、又具備了合金鋼的高強(qiáng)度，同時(shí)制造的成本大幅度降低。

4、一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板，電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板包括依次設(shè)置的：

5、上層；

6、中間層；

7、下層；

8、其中，

9、上層為不銹鋼板層、中間層為鎳材料層、下層為鈦板層。

10、作為本方案的進(jìn)一步改進(jìn)，上層為304不銹鋼板層。

11、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板，其特征在于，上層的不銹鋼板層厚度為a、下層的鈦板層的厚度為b，滿足數(shù)量關(guān)系：a：b＝(1～10)：1。

12、作為本方案的進(jìn)一步改進(jìn)，中間層鎳材料層的厚度為0.1～0.5mm。

13、一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板的制造方法，其特征在于，包括下述制備步驟：

14、s1復(fù)合坯的制備之前的表面處理

15、將材料和材料之間的復(fù)合面進(jìn)行表面處理；

16、s2復(fù)合坯的制備

17、將鈦-鎳-鋼進(jìn)行復(fù)合制得復(fù)合坯一，再將兩塊復(fù)合坯一疊合成一塊復(fù)合坯，

18、且，

19、復(fù)合坯一與復(fù)合坯一之間設(shè)置有石墨粉層，疊合的順序如下：

20、鈦-鎳-鋼；

21、石墨粉層；

22、鋼-鎳-鈦；

23、將復(fù)合坯一和復(fù)合坯一采用焊接的方法進(jìn)行固定；

24、s3對(duì)復(fù)合坯進(jìn)行真空處理

25、真空度達(dá)到10-1pa以上，真空度達(dá)到要求以后將抽氣空關(guān)閉密封；

26、s4將復(fù)合好的坯料加熱到1000～1200℃，保溫至復(fù)合坯內(nèi)外溫度均勻一致，然后熱軋成厚度為2.0～6.0mm的復(fù)合卷帶或板；

27、本步驟中，經(jīng)過熱軋后的(鈦-鎳-鋼)復(fù)合材料的界面因擠壓、變形、原子擴(kuò)散等實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，完全成為一個(gè)整體。

28、s5將冷卻后的鋼板頭尾、切邊處理，把復(fù)合坯時(shí)焊接在邊部的焊接材料去掉，此時(shí)復(fù)合鋼帶從石墨處分離成為兩部分獨(dú)立的復(fù)合鋼帶；

29、s6將復(fù)合卷帶通過拋丸等工藝去除氧化皮，并冷軋至需要的厚度；

30、s7將冷軋后的復(fù)合卷帶進(jìn)行連續(xù)退火，退火的溫度為600～700℃；

31、s8退火后，即制得鈦-鎳-鋼復(fù)合板，其中，鈦-鎳-鋼復(fù)合板中的鈦一側(cè)可以用作雙極板的流道。

32、作為本方案的進(jìn)一步改進(jìn)，s1中的復(fù)合面的表面處理具體處理方法為：用銑、磨的方法將待復(fù)合材料的界面處理平整、光滑，并全部露出金屬色，然后用丙酮或酒精將平整表面的異物去除，側(cè)面用焊接的方法封閉，制得復(fù)合坯一。

33、作為本方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在復(fù)合坯一的端面上設(shè)置有抽氣孔。

34、作為本方案的進(jìn)一步改進(jìn)，s6中，冷軋后所需的厚度為1.0～3.0mm。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備下述有益效果：

36、在本發(fā)明的一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，具備下述有益效果：

37、1)本發(fā)明中，復(fù)合板的一側(cè)為304不銹鋼板，另一側(cè)為鈦板，在鋼與鈦之間為純鎳層。鋼與鈦的厚度比例為1～10：1，鎳為中間層，復(fù)合板中各層的實(shí)際厚度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，鋼的比例越高成本越高，但鈦層太薄易破裂。所述的鋼-鈦復(fù)合板一側(cè)的304不銹鋼基板具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和一定的耐腐蝕性能，而另一側(cè)為純鈦具有良好的防腐蝕性能，能夠滿足雙極板表面高耐蝕要求；

38、2)本發(fā)明中，304不銹鋼板具有較高的強(qiáng)度和一定的耐腐蝕性能，可以保證復(fù)合板做成的雙極板后比純鈦雙極板具有更高的強(qiáng)度和基本的防銹性。純鈦層需要有一定的厚度可以保證這一側(cè)有良好的防腐蝕性能，但增加純鈦的厚度比例會(huì)顯著提高復(fù)合板的成本。鎳的作用是隔斷鋼與鈦，防止生成脆性的鋼-鐵金屬間化合物，鋼與鈦在高溫下會(huì)反應(yīng)生產(chǎn)多種金屬間化合物，鋼與鎳無限固溶，鎳與鈦的金屬間化合物相對(duì)具有一定的韌性；

39、3)本發(fā)明中，一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板得制造方法中，通過將兩塊復(fù)合坯以疊合成一塊復(fù)合坯，疊合的順序按(鈦-鎳-鋼)與(鋼-鎳-鈦)，兩層之間均勻的鋪一層石墨粉，厚度能將兩側(cè)金屬隔開即可。石墨的兩側(cè)必須都為鋼，否則鈦與石墨在后續(xù)生產(chǎn)過程中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)脆硬的碳化鈦。然后將(鈦-鎳-鋼)與(鋼-鎳-鈦)之間只采用焊接的方法進(jìn)行固定使其熱軋過程中不分層；

40、4)本發(fā)明的種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板不僅兼具了鈦的耐腐蝕性、又具備了合金鋼的高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度高達(dá)650mpa)，同時(shí)制造的成本大幅度降低(鈦-鎳-鋼復(fù)合板的成本41元/kg～83元/kg，對(duì)比純鈦?zhàn)鳛殡p極板120元/kg)。

技術(shù)特征：

1.一種電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板，其特征在于，電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板包括依次設(shè)置的：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板，其特征在于，上層(11)為304不銹鋼板層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板，其特征在于，上層(11)的不銹鋼板層厚度為a、下層(13)的鈦板層的厚度為b，滿足數(shù)量關(guān)系：a：b＝(1～10)：1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法，其特征在于，中間層(12)鎳材料層的厚度為0.1～0.5mm。

5.一種權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板的制造方法，其特征在于，包括下述制備步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法，其特征在于，s1中的復(fù)合面的表面處理具體處理方法為：用銑、磨的方法將待復(fù)合材料的界面處理平整、光滑，并全部露出金屬色，然后用丙酮或酒精將平整表面的異物去除，側(cè)面用焊接的方法封閉，制得復(fù)合坯一(21)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法，其特征在于，在復(fù)合坯一(21)的端面上設(shè)置有抽氣孔。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解水制氫雙極板用鈦-鎳-鋼復(fù)合板及制造方法，其特征在于，s6中，冷軋后所需的厚度為1.0～3.0mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電解水制氫雙極板用鈦?鎳?鋼復(fù)合板，電解水制氫雙極板用鈦?鎳?鋼復(fù)合板包括依次設(shè)置的：上層；中間層；下層；其中，上層為不銹鋼板層、中間層為鎳材料層、下層為鈦板層。本發(fā)明的種電解水制氫雙極板用鈦?鎳?鋼復(fù)合板不僅兼具了鈦的耐腐蝕性、又具備了合金鋼的高強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度高達(dá)650MPa)，同時(shí)制造的成本大幅度降低(鈦?鎳?鋼復(fù)合板的成本41元/kg～83元/kg，對(duì)比純鈦?zhàn)鳛殡p極板120元/kg)。

技術(shù)研發(fā)人員：秦斌,賈楠,王軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江吉森金屬科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2