[發明專利]一種金屬雙極板及其制備方法以及燃料電池

在審

• 申請號: 201811600358.2
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109560289A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 上官鵬鵬;王海峰;王利生
• 申請（專利權）人: 浙江鋒源氫能科技有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 柴明英

本發明是關于一種金屬雙極板及其制備方法以及燃料電池，涉及燃料電池領域。主要采用的技術方案為：金屬雙極板包括金屬基板和交替涂層。交替涂層沉積在金屬基板上；交替涂層包括至少兩個依次沉積的單元涂層，且每個單元涂層包括過渡涂層和第一導電涂層。過渡涂層與金屬基板的結合力大于第一導電涂層與金屬基板的結合力。交替涂層中的一個單元涂層為第一單元涂層；第一單元涂層中的過渡涂層與金屬基板接觸。一種金屬雙極板的制備方法包括對金屬基板預處理的步驟、在金屬基板上沉積上述的交替涂層的步驟。一種燃料電池包括上述的金屬雙極板。本發明主要用于提高金屬雙極板的耐腐蝕性、導電性、提高涂層與金屬基板的結合力、延長金屬雙極板使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池技術領域，特別是涉及一種金屬雙極板及其制備方法以及燃料電池。

背景技術

雙極板是PEMFC電堆的最關鍵部件之一，其成本在電堆的成本中占35％左右。雙極板主要用于傳遞電子、傳遞熱量、收集氣體、分割單電池等。因此，開發具有高導電導熱性，低氣體滲透率，高機械強度，高耐腐蝕性，易于加工流道等特點的材料是目前雙極板研究的主要目標。

金屬材質的雙極板(尤其是不銹鋼材料)以其優良的導電導熱性、易于加工成型、成本低等特點，贏得諸多學者的關注。但是，金屬材質的雙極板的表面會生成導電性較差的氧化層，同時在電堆的工作環境下易發生腐蝕。并且，金屬腐蝕產生的金屬離子經擴散后，進入膜電極后，會使質子交換膜的電導率下降，甚至還會使催化劑中毒，從而對電池性能產生非常不利的影響。

目前，金屬雙極板的主要制備方法是采用物理氣相沉積法在金屬基板上沉積涂層。如，第一種現有技術的金屬雙極板是在不銹鋼基板的表面沉積一層金屬氮化物。第二種現有技術的金屬雙極板是在金屬基板上沉積非晶碳膜或石墨烯膜涂層。

但是，上述提及的現有技術至少存在如下技術問題：

(1)上述提及的第一種現有技術的金屬雙極板在長期工作后，其腐蝕問題還是比較明顯。

(2)上述提及的第二種現有技術雖然在一定程度上可以提高耐腐蝕性；但是，整體涂層與金屬基板的結合力較差，長期使用涂層會脫落。

(3)由于物理氣相沉積的固有特點，會使涂層的內部及表面均存在針孔，腐蝕介質通過針孔進入膜層內部達到金屬基體，腐蝕基體。雖然，現有技術也對針孔缺陷提出了修復方案，但是現有的修復方案只能封閉耐腐蝕涂層表面的孔隙，對耐腐蝕涂層內部孔隙的封閉能力有限。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種金屬雙極板及其制備方法以及燃料電池，主要目的在于提供一種耐腐蝕性良好、涂層不易脫落、導電性良好的金屬雙極板。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明的實施例提供一種金屬雙極板，其中，所述金屬雙極板包括：

金屬基板；

交替涂層，沉積在所述金屬基板上；其中，所述交替涂層包括至少兩個依次沉積的單元涂層，且每個所述單元涂層包括過渡涂層和第一導電涂層；

其中，所述過渡涂層與所述金屬基板的結合力大于所述第一導電涂層與所述金屬基板的結合力；

其中，所述交替涂層中的一個單元涂層為第一單元涂層；所述第一單元涂層中的過渡涂層與所述金屬基板接觸。

本發明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現。

優選的，所述過渡涂層為金屬氮化物涂層，所述金屬氮化物涂層為TiCrN涂層；和/或所述第一導電涂層為石墨涂層；和/或所述第一單元涂層中的過渡涂層的厚度為20～200nm；在所述交替涂層中，除了所述第一單元涂層之外的其他單元涂層為第二單元涂層；其中，所述第二單元涂層中的過渡涂層的厚度為1～50nm；優選的，所述第一導電涂層的厚度為1～50nm。