[發(fā)明專利]一種防腐導(dǎo)電涂層制備方法、結(jié)構(gòu)以及燃料電池極板

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011568477.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112820890B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸嬌嬌;劉智亮;張威;肖彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 格力電器（武漢）有限公司;珠海格力電器股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/0206
• 分類號(hào): H01M8/0206;H01M8/0228;C23C14/08;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 廣州市時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44438
• 代理人: 陳旭燕

本發(fā)明公開(kāi)一種防腐導(dǎo)電涂層制備方法、結(jié)構(gòu)以及燃料電池極板，該制備方法包括以下步驟：對(duì)基材進(jìn)行清洗，并將基材置于真空室中；對(duì)真空室進(jìn)行抽真空；對(duì)真空室進(jìn)行加熱；利用等離子對(duì)過(guò)渡金屬靶或金屬氧化物靶材進(jìn)行至少兩次濺射，在基材上生成至少兩層功能涂層，該功能涂層為過(guò)渡金屬涂層或金屬化合物涂層；利用等離子對(duì)貴金屬靶材進(jìn)行濺射，形成貴金屬涂層。該涂層結(jié)構(gòu)包括貴金屬涂層和至少兩層功能涂層，所述功能涂層位于基材和貴金屬涂層之間；所述功能涂層由過(guò)渡金屬或金屬化合物制成。本發(fā)明不僅能夠獲得具有優(yōu)異的結(jié)合力、耐腐蝕性能以及導(dǎo)電性能的涂層，而且涂層中的貴金屬用量較少，有利于降低制造成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池金屬極板的導(dǎo)電涂層，具體涉及一種防腐導(dǎo)電涂層制備方法、結(jié)構(gòu)以及燃料電池極板。

背景技術(shù)

燃料電池是一種將反應(yīng)物的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置，因其清潔、高效，而成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ哪芰哭D(zhuǎn)化技術(shù)。在各種類型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是具有啟動(dòng)快、轉(zhuǎn)換效率高、工作溫度較低(約80℃)和無(wú)污染物排放等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是從汽車、大巴車到備用電源的應(yīng)用前景廣闊的燃料電池。

典型的PEMFC是有膜電極和雙極板組成，其中雙極板是PEMFC重要的多功能部件，質(zhì)量占PEMFC電堆的80％、成本約占30％。雙極板在PEMFC中起到集流導(dǎo)電、均勻分布?xì)怏w和水熱管理的作用，傳統(tǒng)采用石墨材料作為雙極板，但由于加工困難、成本較高、難以批量化生產(chǎn)等，而逐漸被金屬雙極板而取代。但在燃料電池的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，金屬雙極板容易發(fā)生腐蝕和鈍化，腐蝕產(chǎn)生的金屬離子會(huì)污染膜電極，阻礙質(zhì)子傳輸，從而影響電池的輸出功率，質(zhì)子交換膜還可能會(huì)因?yàn)楦g穿孔產(chǎn)生爆炸；同時(shí)金屬雙極板表面產(chǎn)生的鈍化膜會(huì)增大雙極板和擴(kuò)散層之間的接觸電阻，從而降低導(dǎo)電性。

因此必須對(duì)金屬雙極板進(jìn)行表面改性，開(kāi)發(fā)制備與基材的結(jié)合力好，并具有優(yōu)異的耐腐蝕性和導(dǎo)電性能的涂層是解決金屬雙極板產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的重要工作。現(xiàn)有的金屬雙極板涂層主要是碳基涂層(包括石墨涂層、導(dǎo)電聚合物涂層、類金剛石碳涂層)、金屬基涂層(包括貴金屬涂層、金屬碳/氮化物涂層、金屬氧化物涂層)，可以通過(guò)磁控濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、離子鍍、電沉積、化學(xué)鍍、原子層沉積(ALD)等方法制備金屬雙極板涂層。其中貴金屬涂層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、較好的耐腐蝕性，是首選材料。例如，公開(kāi)號(hào)為CN101098010A的專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種利用溶液制備金涂層的方法，該方法雖然能夠制備金涂層，但是這種方法制備的金涂層較厚，成本較高；且僅實(shí)現(xiàn)了金涂層在不銹鋼基材上的涂覆，沒(méi)有實(shí)際解決基材與金涂層的結(jié)合力差的問(wèn)題，容易使金涂層在PEMFC的苛刻環(huán)境中引發(fā)失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述存在的問(wèn)題，提供一種防腐導(dǎo)電涂層制備方法，該防腐導(dǎo)電涂層制備方法不僅能夠獲得具有優(yōu)異的結(jié)合力、耐腐蝕性能以及導(dǎo)電性能的涂層，而且涂層中的貴金屬用量較少，有利于降低制造成本。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種防腐導(dǎo)電涂層制備結(jié)構(gòu)及燃料電池極板。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種防腐導(dǎo)電涂層制備方法，包括以下步驟：

(1)對(duì)基材進(jìn)行清洗，并將基材置于真空室中；

(2)對(duì)真空室進(jìn)行抽真空；

(3)對(duì)真空室進(jìn)行加熱；

(4)利用等離子對(duì)過(guò)渡金屬靶或金屬氧化物靶材進(jìn)行至少兩次濺射，在基材上生成至少兩層功能涂層，該功能涂層為過(guò)渡金屬涂層或金屬化合物涂層；

(5)利用等離子對(duì)貴金屬靶材進(jìn)行濺射，形成貴金屬涂層。

本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，在步驟(2)中，經(jīng)過(guò)抽真空后，真空室的真空度≥5×10^-3Pa。