[發明專利]一種用于燃料電池雙極板的抗反極復合涂層

有效

• 申請號: 202010306721.0
• 申請日: 2020-04-17
• 公開（公告）號: CN111525151B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 黎煥明;畢飛飛;姜天豪;藍樹槐
• 申請（專利權）人: 上海治臻新能源股份有限公司
• 主分類號: H01M8/0228
• 分類號: H01M8/0228;H01M8/0206
• 代理公司: 上海世圓知識產權代理有限公司 31320
• 代理人: 陳穎潔;王佳妮

本發明的一種用于燃料電池雙極板的抗反極復合涂層，主要包括：覆蓋在所述燃料電池雙極板的全部表面上的耐蝕層，設在耐蝕層上的貴金屬導電薄層以及抗反極材料層；貴金屬導電薄層以點狀形式嵌入在耐蝕層中或者以層狀形式覆蓋在耐蝕層的表面；當貴金屬導電薄層為點狀形式分布時，抗反極材料層以點狀形式嵌入或以網狀形式覆蓋在耐蝕層的局部表面上，且與金屬導電薄層相互錯開不重疊；當貴金屬導電薄層為層狀形式分布時，抗反極材料層以點狀形式嵌入或以網狀形式覆蓋在貴金屬導電薄層的表面上。本發明抑制了反極狀態下高電位對金屬極板的腐蝕，提高了金屬雙極板抵抗高電位腐蝕能力，延長了金屬極板的使用壽命，減少了貴金屬導電涂層的使用。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池金屬極板表面涂層，尤其是涉及一種用于燃料電池雙極板的抗反極復合涂層。

背景技術

雙極板是燃料電池的關鍵組件之一，承擔著電池內部電流、熱量的傳導工作，并對膜電極起一定支撐作用。其中金屬雙極板具有良好的機械性能、成本低、質量小等特點，逐漸被認為是燃料電池產業化的首選。

但是，燃料電池典型的工作環境為高溫高濕的酸性環境，其中pH為2～5，溫度為60～100℃，在這種條件下，金屬雙極板表面會發生嚴重鈍化現象，引起接觸電阻增加，降低電池輸出性能。同時金屬材料在酸性環境中發生腐蝕，析出的金屬離子會污染催化劑，降低膜電極電導率。因此提高金屬極板的耐腐蝕性能和降低接觸電阻是金屬雙極板商業化的主要研究方向。

目前主要通過物理氣相沉積、化學氣相沉積、離子鍍以及電鍍等方式在金屬雙極板表面沉積一層或多層導電耐蝕涂層以改善燃料電池雙極板的性能，其中導電耐蝕涂層包括非晶碳涂層，貴金屬涂層，金屬碳/氮化物涂層等。這些涂層已被大多數研究人員證實在導電性及耐腐蝕性上具有較好的改性效果，但是在涂層的耐久性方面和抗高電位方面研究很少。

在燃料電池的實際運行過程中，電堆內部經歷了一系列復雜的工況條件，包括啟動停車、循環加載、低載怠速等工況，這些都會在電堆上產生復雜的電位環境。尤其是在電池的啟停工況以及變載工況條件下，會造成瞬時的供氣不足出現局部反極現象，在反極狀態下，陽極側產生1.6V_SHE的高電位。研究顯示，高電位不僅會引起鉑氧化，當高電位達到0.8V以上時，還會導致鉑流失及降低電催化劑活性；高電位還會造成膜電極上碳載體的氧化；同時會導致金屬極板強烈的腐蝕，產生大量的金屬離子，造成電池電堆性能的下降。因此，要延長燃料電池使用壽命，應該盡量避免反極狀態下產生的高電位。

貴金屬涂層的耐蝕性和穩定性能夠有效地減少金屬極板在反極狀態下的劇烈腐蝕，但是長時間往復的高電位下涂層的壽命還是難以保證，需盡量避免高電位施加在金屬極板上。目前研究人員主要通過內部電路的方式來消除高電位，但操作較為復雜；同時貴金屬涂層的厚度一般都在100nm以上，過高的成本使金屬極板難以滿足商業化的要求，降低貴金屬用量是目前貴金屬涂層的發展趨勢。因此，在金屬極板表面制備一種耐蝕、導電、抗反極并且低成本的涂層對于提高燃料電池性能，延長燃料電池使用壽命顯得格外重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于燃料電池雙極板的抗反極復合涂層，以克服現有技術存在的上述耐蝕性差、穩定性差、反極高電位、壽命短等缺陷，在保證涂層導電耐蝕性能的基礎上，通過電解水催化劑材料涂層降低高電位對金屬極板的影響，提高金屬極板在反極狀態下的耐蝕性和穩定性，延長金屬極板的使用壽命，降低金屬極板生產成本。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于燃料電池雙極板的抗反極復合涂層，其特征在于，主要包括：覆蓋在所述燃料電池雙極板的全部表面上的耐蝕層，設在所述耐蝕層上的貴金屬導電薄層以及抗反極材料層；