[發明專利]用于質子交換膜燃料電池雙極板的復合涂層及制備方法在審

申請號：	202211439251.0	申請日：	2022-11-17
公開（公告）號：	CN115679250A	公開（公告）日：	2023-02-03
發明（設計）人：	駱鴻;王雪飛;喬春雨;董超芳;李曉剛	申請（專利權）人：	北京科技大學
主分類號：	C23C14/02	分類號：	C23C14/02;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/34
代理公司：	北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237	代理人：	張仲波
地址：	100083***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	用于質子交換燃料電池極板復合涂層制備方法
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【說明書】：

一種應用于質子交換膜燃料電池雙極板的復合涂層及制備方法，屬于燃料電池領域。所述復合涂層基體為不銹鋼薄板，不銹鋼表面制備復合涂層，復合涂層由金屬層和過渡層構成，總厚度為0.6～5μm。所述復合鍍層是利用多弧離子鍍方法，在不銹鋼表面由內及外依次制備Ti、TiN、TiCrN、CrN鍍層，本發明旨在提高不銹鋼雙極板的耐腐蝕性能、界面導電性能，并在長期的穩態工況下服役后，仍然具備優良的耐蝕性能和導電性能。

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種質子交換膜燃料電池雙極板的復合涂層及其制備工藝。

背景技術

目前，氫能主要通過氫燃料電池，高效清潔地把化學能直接轉化為電能。在眾多燃料電池中，質子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)是最有潛力的一種，在新能源汽車動力電源領域顯示出很大的優勢，例如商用車領域等。

雙極板作為質子交換膜燃料電池中的核心組件質之一，在分散氣體及收集電流并將其輸送到外部電路方面也起著至關重要的作用，但是其成本占到了整體的約45％、重量占比更是超過了80％。雙極板必須具有優良的導電性、良好的耐腐蝕性、高疏水性、良好的成型性和低成本。最早廣泛應用在極板的材料是石墨，這是由于石墨具有優異的導電性和化學惰性。然而，石墨質地很脆，可加工性很差，給流道的加工帶來了巨大的挑戰。近年來，金屬材料尤其是不銹鋼，成為制造雙極板的最佳候選材料。然而，質子交換膜燃料電池的酸性環境會對不銹鋼造成嚴重腐蝕，而且不銹鋼基體在長時間運行時還表現出較強的鈍化行為，表面鈍化膜會顯著增加其與氣體擴散層(GDL)之間的接觸電阻。因此，有必要對不銹鋼進行表面改性處理，提高其耐腐蝕性和導電性。

不銹鋼表面一般先制備純金屬層，尤其是晶格常數與基體金屬相近的并且具有優良耐酸腐蝕性能的金屬，可以進一步提高極板整體的耐蝕性能。TiN具有良好的耐酸腐蝕能力及優良的導電性，但其穩定性較差，而CrN層，耐蝕稍差，但具有較低的接觸電阻，非常適合用來改善界面導電性能。

鑒于上述原因，開發一種具有高耐蝕、高導電性能的質子交換膜燃料電池雙極板具有重要的工程意義。

發明內容

鑒于以上問題，本發明提出一種用于質子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板的復合涂層及其制備方法，在長期腐蝕后，依然具有優良耐蝕性能和界面導電能力。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種應用于質子交換膜燃料電池雙極板的復合涂層，其特征在于，基體為不銹鋼薄板，不銹鋼表面制備復合涂層；所述復合涂層由金屬層和過渡層構成，所述復合涂層總厚度為0.6～5μm。

進一步地，最內層的純金屬層為Ti、Zr、Nb、Ta、Hf、Pt、Ag、Ag、Cr、 Pb中的一種或二種以上。

進一步地，最外層為Ti、Zr、Nb、Ta、Hf、Cr、Mo中的一種或二種以上的金屬氮化物、碳化物、碳氮化物。

進一步地，所述過渡層為Ti、Zr、Nb、Ta、Hf、Cr、Mo中的一種或二種以上的金屬氮化物、碳化物、碳氮化物；

所述過渡層數量為一層以上。

進一步地，所述不銹鋼薄板表面的復合涂層由內而外分別為純金屬層、TiN 過渡層、TiCrN過渡層、CrN層。

進一步地，所述不銹鋼薄板厚度為0.1mm～1mm。