[發明專利]導電超耐蝕的功能涂層材料

有效

• 申請號: 201710451138.7
• 申請日: 2017-06-15
• 公開（公告）號: CN107171003B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 韓治昀;高華;魏科科
• 申請（專利權）人: 常州翊邁新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0208
• 分類號: H01M8/0208;H01M8/0228
• 代理公司: 常州市夏成專利事務所(普通合伙) 32233
• 代理人: 沈毅

本發明涉及涂料技術領域，尤其是一種導電超耐蝕的功能涂層材料。一種導電超耐蝕的功能涂層材料，該涂層包括自愈合層和超耐蝕層，自愈合層由鈦合金組成，超耐蝕層為鈦合金組分的氮化物層。這種導電超耐蝕的功能涂層材料提升燃料電池金屬極板使用壽命，擁有在使用過程中使得針孔自動填充的能力，因此無需設計規避針孔用反復循環的多層結構，可以在無需添加貴金屬的前提下達到比現有技術更低的接觸電阻和腐蝕電流密度（接觸電阻可達到3mΩ?cm2?15mΩ?cm²，腐蝕電流密度可達5×10^?8A/cm²），極大降低了金屬極板的處理成本。

技術領域

本發明涉及涂料技術領域，尤其是一種導電超耐蝕的功能涂層材料。

背景技術

質子交換膜燃料電池作為21世紀新能源汽車的革新代名詞，具有目前純電動汽車無法取代的市場推廣前景和改善地球環境的重大意義，其具有比燃油汽車更高的能量轉化效率，且運行過程無污染物排出，電池回收沒有純電動汽車所需考慮的環境污染問題。也因此，全球各國爭先開發其相關技術，其中關于燃料電池雙極板材料的選擇及其表面改性手段的研發尤其突出，因為雙極板是質子交換膜燃料電池中的核心部件，占燃料電池總重量的70%-80%，制造成本的40%-50%，同時也是制約電池使用壽命的關鍵因素，所以，為了降低燃料電池組總重量、消減制造成本、提升電池壽命，新型燃料電池極板材料的開發顯得尤為重要。目前雙極板重量問題已得到有效改善，但采用輕量化設計的極板其基體材料多為不銹鋼或鈦合金這類表面容易鈍化的材料，因此容易導致其表面電阻在電池環境中迅速提升，從而達不到電池使用的標準，由此出現了大批量針對金屬極板表面改性的涂層和改性技術，雖然一些方法確實有效的改善了極板表面的導電能力，同時一定程度上提升了極板的耐久性能，包括采用多層設計以填堵針孔、貴金屬引入以提升耐蝕性、采用特殊手段提升涂層致密度等，盡管如此目前最好的技術也只能滿足燃料電池使用3000小時，仍然無法滿足民用推廣的水平。

發明內容

為了克服現有的涂料存在的不足，本發明提供了一種導電超耐蝕的功能涂層材料。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種導電超耐蝕的功能涂層材料，該涂層包括自愈合層和超耐蝕層，自愈合層由鈦合金組成，超耐蝕層為鈦合金組分的氮化物層。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括，鈦合金包含鈦與釩、鉭、鎳、鉻、鋯中的一種或多種，其中鈦含量為30wt%-80wt%。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括，自愈合層在基體外側，具有30nm-500nm的涂層厚度，且自愈合層的機械性損傷處自動形成填充物，由于暴露在外而易于與氧發生反應，自動形成氧化填充物，所形成的氧化產物具有較好的耐蝕性能和較好的導電能力，從而阻止腐蝕反應的進一步發生。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括，超耐蝕層在自愈合層外側，且超耐蝕層為鈦合金組分氮化物，鈦合金包含鈦與釩、鉭、鎳、鉻、鋯中的一種或多種，其中鈦含量為3wt%-70wt%。

根據本發明的另一個實施例，進一步包括，超耐蝕層的鈦合金組分氮化物層具有20nm-500nm涂層厚度，且具有良好的導電能力和優異的耐蝕性能，在0.6MPa壓力測試下，與碳紙的接觸電阻3mΩ?cm²-15mΩ?cm²；采用電化學工作站進行動電位極化測試，其腐蝕電位為0.5V-1.2V，腐蝕電流密度為0.5×10^-7A/cm²-8×10^-7A/cm²。