[發(fā)明專利]一種C/Nbx

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811428049.1
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN111224120A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵志剛;茍勇;呂波;高正遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 毛薇;李馨

本發(fā)明涉及一種燃料電池金屬雙極板C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層及其制備方法。以C靶和Nb靶為蒸發(fā)源，采用直流偏壓多弧離子鍍技術(shù)在金屬雙極板基底上沉積C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層，該涂層最外層為C層，中間層為Nb_xC層，最內(nèi)層為Nb層。采用該方法制備的改性雙極板界面電阻降低，耐蝕性增強(qiáng)，涂層與基底的結(jié)合力強(qiáng)，有利于提升燃料電池輸出功率，延長電池工作壽命，且雙極板表面疏水性變強(qiáng)，利于電池水管理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層改性的燃料電池金屬雙極板及其制備方法。

背景技術(shù)

燃料電池能夠?qū)⒎磻?yīng)物中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化成直流電能，其能量轉(zhuǎn)換效率高、噪音小且環(huán)境友好，在便攜式電源、交通運(yùn)輸動力系統(tǒng)、固定電站等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池由于功率密度高、工作溫度低、啟動快，被認(rèn)為是替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的有力競爭者。作為燃料電池關(guān)鍵組分之一，雙極板發(fā)揮著導(dǎo)電、導(dǎo)熱、傳輸反應(yīng)氣體及排出多余水分等重要作用。傳統(tǒng)石墨雙極板由于本身較脆的特點(diǎn)，需要達(dá)到一定的厚度才能滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，增加了燃料電池的體積和重量。因此，采用機(jī)械強(qiáng)度高、韌性好的金屬材料制備超薄雙極板是提升燃料電池體積和質(zhì)量比功率的有效手段。然而，在燃料電池陰/陽極環(huán)境下，金屬雙極板會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕與鈍化過程。腐蝕產(chǎn)生的金屬陽離子會滲透到膜電極，影響催化劑的催化活性，降低膜的離子導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，從而影響燃料電池壽命。鈍化產(chǎn)物聚集在雙極板與氣體擴(kuò)散層界面，增加了界面接觸電阻，降低了燃料電池輸出功率。因此，在表面制備一層抗腐蝕的導(dǎo)電涂層成為金屬雙極板改性的重要方向。

中國專利公開說明書CN106920977A中公開了一種ITO/Nb復(fù)合改性的燃料電池金屬雙極板，涂層結(jié)構(gòu)致密且與基底的結(jié)合力較強(qiáng)，但表面ITO在燃料電池工況下的抗腐蝕能力仍難以達(dá)到實(shí)際使用需求，且ITO具有一定的親水性，不利于燃料電池水管理。中國專利公開說明書CN204834756U中公開了一種表面鍍碳的燃料電池金屬雙極板，表面碳層在一定程度上將金屬基底與腐蝕環(huán)境隔離，增加了雙極板壽命，但涂層與基底結(jié)合力不強(qiáng)，容易脫落，使得金屬基底再次暴露在腐蝕環(huán)境中。因此，界面導(dǎo)電性、抗腐蝕能力以、膜基結(jié)合力以及表面親/疏水性是金屬雙極板表面改性時需要綜合考慮的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層改性的燃料電池金屬雙極板及其制備方法，降低金屬雙極板界面接觸電阻，提升耐蝕性、膜基結(jié)合力以及疏水性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

本發(fā)明一方面提供一種用于燃料電池金屬雙極板的C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層，其特征在于，所述C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層由外層的C沉積層，中間層的Nb_xC沉積層以及內(nèi)層的Nb沉積層組成。

基于以上技術(shù)方案，優(yōu)選的，所述Nb沉積層的厚度為0.01～0.5μm。

基于以上技術(shù)方案，優(yōu)選的，所述Nb_xC沉積層的厚度為0.1～3μm，所述Nb_xC為NbC、Nb₂C中的至少一種。

基于以上技術(shù)方案，優(yōu)選的，所述C沉積層的厚度為0.1～3μm。

本發(fā)明另一方面提供一種C/Nb_xC/Nb復(fù)合涂層改性的燃料電池金屬雙極板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將金屬雙極板基底經(jīng)砂紙打磨，分別在去離子水和乙醇中超聲清洗，并自然晾干；