1.一种燃料电池双极板的表面处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：采用化学气相沉积法，在所述双极板表面生长石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为100nm-200nm。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述化学气相沉积为高温化学气相沉积。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述高温化学气相沉积的温度为1000-1100℃。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述双极板为不锈钢双极板。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述石墨烯层的电导率为100S/cm-3000S/cm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的处理方法，其特征在于，所述处理方法具体包括以下步骤：
(1)将处理好的不锈钢双极板置于可通气的高温炉中，在惰性气体的保护下，开始升温；
(2)待温度升至反应温度后，继续通入碳源；
(3)碳源在高温下裂解，并在不锈钢双极板表面沉积生长，得到在所述双极板表面生长的石墨烯层。
7.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种。
8.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述惰性气体的流速为10ml/min-5L/min。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，气体碳源为甲烷、乙烷、乙炔中的一种或多种；液体碳源为乙醇或丙酮。
10.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述沉积生长的时间为4-6h，优选为5h。

技术领域
[0001]本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池双极板的表面处理方法。
背景技术
[0002]双极板又称集流板，是燃料电池重要部件之一。它具有支撑电机、收集电流、导通气体和排水等作用。
[0003]不锈钢材料具有强度高、加工性能好、电导率高等特点，可以制成很薄的双极板，并获得可观的能量密度，是目前常用的一种双极板材料。
[0004]然而，由于燃料电池工作时会产生弱酸性的环境，这势必会使不锈钢在此环境中被腐蚀或钝化，既污染电极，又会大大增加接触电阻，对燃料电池的性能产生不良影响。
[0005]因此，需要对不锈钢双极板的表面进行特殊处理，以提高其耐腐蚀性能，延长使用寿命。
发明内容
[0006]为克服现有技术的问题，本发明基于石墨烯的高致密性及其对金属材质的防腐特性，将石墨烯包覆在不锈钢双极板表面上，避免不锈钢双极板与酸性环境及氧气接触。
[0007]本发明提供了一种燃料电池双极板的表面处理方法，其特征在于，所述处理方法包括：采用化学气相沉积法，在所述双极板表面生长石墨烯层，所述石墨烯层的厚度为100nm-200nm。
[0008]本发明在不锈钢双极板表面生长上石墨烯层，隔绝酸性环境和氧气直接与双极板接触，且当石墨烯层的厚度达到100nm-200nm时能对不锈钢双极板起到长期的保护作用，使得处理得到的双极板的寿命较长。
[0009]根据本发明一具体实施方式，所述化学气相沉积为高温化学气相沉积。
[0010]根据本发明一具体实施方式，所述高温化学气相沉积的温度为1000-1100℃。
[0011]本发明基于采用高温气相沉积的方法，直接在不锈钢双极板表面生长石墨烯层，无需任何过渡涂层，所得石墨烯层与不锈钢双极板间结合力较好，所得经过处理得到的不锈钢双极板具有较长的寿命。
[0012]根据本发明一具体实施方式，所述双极板为不锈钢双极板。如18-8、316、310、304型不锈钢双极板。
[0013]根据本发明一具体实施方式，所述石墨烯层的电导率为100S/cm-3000S/cm。
[0014]根据本发明一具体实施方式，上述处理方法具体包括以下步骤：
[0015](1)将处理好的不锈钢双极板置于可通气的高温炉中，在惰性气体的保护下，开始升温；
[0016](2)待温度升至反应温度后，继续通入碳源；
[0017](3)碳源在高温下裂解，并在不锈钢双极板表面沉积生长，得到在所述双极板表面生长的石墨烯层。
[0018]根据本发明一具体实施方式，在步骤(1)中，所述处理包括雕刻等步骤。
[0019]根据本发明一具体实施方式，在步骤(1)中，所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种。
[0020]根据本发明一具体实施方式，在步骤(1)中，所述惰性气体的流速为10ml/min-5L/min。
[0021]根据本发明一具体实施方式，在步骤(2)中，当碳源为气体碳源，可以直接混入惰性气体中；或，当所述碳源为液体碳源，使用惰性气体带入炉体中或使用加热蒸发的原理使其自动混入惰性气体中，所需温度根据不同液态碳源的沸点进行调整。
[0022]根据本发明一具体实施方式，上述气体碳源的流速为1ml/min-1L/min。
[0023]根据本发明一具体实施方式，在步骤(2)中，所述气体碳源为甲烷、乙烷、乙炔中的一种或多种；所述液体碳源为乙醇或丙酮。
[0024]根据本发明一具体实施方式，在步骤(3)中，所述沉积生长的时间为4-6h，优选为5h。
[0025]有益效果：
[0026]本发明提供了一种用于燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，在燃料电池不锈钢双极板表面合成了一种石墨烯涂层。本发明采用高温气相沉积的方法，无需过渡涂层，直接在不锈钢双极板表面生长石墨烯层；且通过控制石墨烯层的厚度在100-200nm，得到石墨烯层与双极板结合力较强且寿命较长的经过处理的不锈钢双极板，能够有效阻隔酸性环境及氧气。
具体实施方式
[0027]下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围，下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
[0028]本发明提供一种燃料电池不锈钢双极板的表面处理方法，具体包括以下步骤：
[0029](1)将处理好的不锈钢双极板置于可通气的高温炉中，在惰性气体的保护下，开始升温；
[0030](2)待温度升至反应温度后，继续通入碳源；
[0031](3)碳源在高温下裂解，并在不锈钢双极板表面沉积生长，得到在所述双极板表面生长的石墨烯层。
[0032]以310型不锈钢为例，在室温下0.3M HCl水溶液中，通过上述方式生长石墨烯涂层后，能够使其自腐蚀电位从-300mV(相对饱和甘汞电极，下同)提高到250mV以上，同时能抑制不锈钢在自腐蚀电位处的活性溶解，并将其自腐蚀电流密度从40μA/cm2减小到3μA/cm2。且将不锈钢的点蚀电位从210mV提高到650mV以上，在接近和高于燃料电池阴极工作电位的450mV和700mV下极化4小时没有引起石墨烯涂层和金属的腐蚀。在上述介质中，涂层经过长期浸泡后仍能保持良好的防护性能，不退化。
[0033]在模拟燃料电池阴极环境(80℃，0.01M HCl水溶液，通入空气)中。不锈钢双极板经过长期腐蚀后，其自腐蚀电位约为-65mV，点蚀电位达321mV左右。石墨烯涂层使自腐蚀电位提高到了150mV以上，点蚀电位提高到700mV以上，涂层经长期腐蚀后无退化。在400mV和750mV恒电位下，涂层仍能保持良好的耐腐蚀性能。
[0034]实施例1
[0035]将雕刻好的310型不锈钢双极板置于可通气的高温炉中，在100ml/min流速的氩气的保护下，开始升温至1000℃；待温度升至1000℃后，继续通入10ml/min的甲烷，沉积5h后取出；碳源在高温下裂解，并在不锈钢双极板表面沉积生长，最终在其表面形成一层100nm的石墨烯涂层，用于隔绝酸性环境与氧气。
[0036]在室温下0.3M HCl水溶液中，石墨烯涂层能够使其自腐蚀电位达到到250mV以上，自腐蚀电流密度为3μA/cm2。点蚀电位高于700mV以上。在上述介质中，涂层经过长期浸泡后仍能保持良好的防护性能，不退化。
[0037]在模拟燃料电池阴极环境(80℃，0.01M HCl水溶液，通入空气)中。经过长期腐蚀后，石墨烯层使不锈钢自腐蚀电位约为提升至175mV左右，点蚀电位提高到720mV以上，涂层经长期腐蚀后无退化。在400mV和750mV恒电位下，涂层仍能保持良好的耐腐蚀性能，具体结果汇总见表1。
[0038]实施例2
[0039]将雕刻好的310型不锈钢双极板置于可通气的高温炉中，在100ml/min流速的氩气的保护下，开始升温至1000℃；待温度升至1000℃后，使用30ml/min的氮气携带乙醇混入惰性气体，沉积5h后取出；碳源在高温下裂解，并在不锈钢双极板表面沉积生长，最终在其表面形成一层120nm的石墨烯涂层，用于隔绝酸性环境与氧气；
[0040]在室温下0.3M HCl水溶液中，石墨烯涂层能够使其自腐蚀电位达到到270mV以上，，自腐蚀电流密度为3μA/cm2。点蚀电位高于680mV以上。在上述介质中，涂层经过长期浸泡后仍能保持良好的防护性能，不退化。
[0041]在模拟燃料电池阴极环境(80℃，0.01M HCl水溶液，通入空气)中。经过长期腐蚀后，石墨烯层使不锈钢自腐蚀电位约为提升至180mV左右，点蚀电位提高到720mV以上，涂层经长期腐蚀后无退化。在400mV和750mV恒电位下，涂层仍能保持良好的耐腐蚀性能，具体结果汇总见表1。
[0042]表1
[0043]
[0044]综合上述实施例的结果可以看出，利用本发明的方法得到的不锈钢双极板防腐蚀性能优异。本发明提供的方法艺简单生产成本不会增加，具有很好的技术经济性。对比例没有采用本发明的方案，因而无法取得本发明的优良效果。
[0045]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。