一种高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板及其制备方法与流程

本发明涉及水电解制氢，具体的是高点蚀电位和低电阻率的钛合金双极板及其制备方法。

背景技术：

1、氢能作为21世纪极具发展潜力的清洁能源，具有储量丰富、零污染、能量密集、用途广泛等特点，氢能的利用逐渐受到世界各国的重视。目前，电解水制氢具有绿色环保、生产灵活、纯度高(通常在99.7％以上)以及副产高价值氧气等特点，成为绿色氢气的主要来源。

2、根据电解槽隔膜材料的不同，电解水制氢基本上分为质子交换膜电解水制氢(pem)、碱性阴离子交换膜电解水制氢(aem)、碱性电解水制氢(alk)和高温固体氧化物电解水制氢(soec)四种方式。其中，pem电解水制氢装置结构紧凑，电流密度高，响应速度快，占地面积小，能够在较低温度(20～80℃)下运行。高度动态的pem电解水制氢技术非常适合以风能、太阳能等可再生能源产生的波动能量为基础，将电能转化为氢能高效储存，实现未来全球能源无碳化。

3、双极板是pem电解水制氢设备中的关键部件。其在pem电解堆中连接每个单电池，为质子交换膜与催化剂等部件提供支撑，并通过自身流道承担着水、氧气、氢气、电子等物质的运输和热量传送，其制造成本约占电解堆总成本的一半，同时其对pem电解堆的服役性能和寿命也起着决定性作用。钛合金作为双极板优势明显，其具有优异的耐腐蚀性能、高强度、高导热性、低渗透性和低电阻率。但钛合金双极板在pem电解水制氢电解槽的服役环境，即含f—离子的硫酸溶液环境中由于点蚀电位较低，导致其耐蚀性相对较差，产氢效率低，所以，面对pem电解水槽阳极的高电位服役环境，需要通过提高双极板点蚀电位来进一步改善其耐蚀性，提升电解水槽功率，增加产氢效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供了一种高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板及其制备方法，解决钛合金双极板在电解水制氢电解槽的服役环境中，由于点蚀电位较低导致其耐蚀性相对较差、产氢效率低的问题。

2、为实现上述发明目的，第一方面，所述的高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板，按质量百分含量计，其组成包含：

3、mo：3.0％～5.0％，ni：0.1％～0.3％，ru：0.005％～0.08％，余量为ti，杂质元素(fe、o、c、n、h)总含量不超过0.1％。

4、在本公开及可能的实施例中，所述组成是：

5、mo：3.0％～5.0％，ni：0.1％～0.3％，ru：0.008％～0.05％，余量为ti，杂质元素(fe、o、c、n、h)总含量不超过0.01％。

6、在本公开及可能的实施例中，所述组成是：

7、mo：3.5％～5.0％，ni：0.1％～0.2％，ru：0.01％～0.03％，余量为ti，杂质元素(fe、o、c、n、h)总含量不超过0.1％。

8、第二方面，第一方面所述高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板的制备方法，包括配料、熔炼、轧制及退火热处理工序，其中：

9、所述配料的原材料选自海绵钛、钛箔、电解镍粉、电解钌粉及钼粒。

10、在本公开及可能的实施例中，所述熔炼工序采用真空电弧熔炼，真空电弧熔炼电流为300a～400a；所述真空电弧熔炼的次数为4～6次，每次熔炼时间为1min～2min。

11、在本公开及可能的实施例中，在进行所述真空电弧熔炼时，通入氩气作为保护气氛和电离气体，真空电弧炉炉腔真空度为5×10-3pa以下。

12、在本公开及可能的实施例中，所述轧制工序是将真空电弧熔炼后得到的ti-mo-ni-ru钛合金铸锭进行均匀化处理后，经轧制变形得到ti-mo-ni-ru钛合金板坯；

13、所述均匀化处理的温度为700℃～800℃，时间为8h～12h。

14、在本公开及可能的实施例中，所述轧制变形的总变形量为75％～85％；

15、所述轧制变形采用多道次轧制，每道次变形量为35～45％，每道次轧制温度为900℃～920℃，每道次轧制之间保温2min～3min。

16、在本公开及可能的实施例中，所述均匀化处理后，将所述ti-mo-ni-ru钛合金铸锭置于加热炉中，在910℃下保温40min后进行所述轧制变形。

17、在本公开及可能的实施例中，所述退火热处理工序是将所述ti-mo-ni-ru钛合金板坯置于加热炉中，控制退火温度为700℃～800℃下，保温时间为50min～70min，随后空冷至室温。

18、本发明具有如下有益效果：

19、本发明的高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板制备方法，首先精选特定的合金成分及含量，然后在熔炼、轧制及退火热处理工序中，对相应的工艺参数进行优化设计，最终得到本发明的高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板可以在满足双极板导电性要求的基础上，达到提高所述钛合金双极板的点蚀电位的目的，从而有效解决钛合金双极板在电解水制氢电解槽的服役环境中，由于点蚀电位较低导致其耐蚀性相对较差、产氢效率低的问题。

技术特征：

1.一种高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板，其特征在于，按质量百分含量计，其组成包含：

2.根据权利要求1所述的钛合金双极板，其特征在于，所述组成是：

3.根据权利要求2所述的钛合金双极板，其特征在于，所述组成是：

4.权利要求1-3任一项所述高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板的制备方法，包括配料、熔炼、轧制及退火热处理工序，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求4或5所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

10.根据权利要求7-9任一项所述的钛合金双极板制备方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种高点蚀电位和低电阻率钛合金双极板及其制备方法，按质量百分含量计，所述钛合金双极板的组成包含：Mo：3.0％～5.0％，Ni：0.1％～0.3％，Ru：0.005％～0.05％，余量为Ti，杂质元素(Fe、O、C、N、H)总含量不超过0.01％；本发明的钛合金双极板在满足导电性要求基础上，能够提高所述钛合金双极板的点蚀电位，从而从根本上解决钛合金双极板在电解水制氢电解槽的服役环境中，由于点蚀电位较低导致其耐蚀性相对较差、产氢效率低的问题。技术研发人员：高强,滕艾均,康强,王鹏,黄召阔,董恩涛,苑子凯,张昭,郭杰,马知未,厉文墨,王佳乐,陈鑫,李玲受保护的技术使用者：鞍钢集团北京研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18