一种燃料电池金属双极板双功能涂层

文献发布时间：2023-06-19 11:27:38

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板双功能涂层。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学方式将储存于燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。不同于常规意义上的电池，燃料电池工作时更像一个发动机，理论上只要供应充足的燃料和氧化剂，它便可通过电化学反应连续产生电能，因此它具有可长时间不间断工作的优点；由于不经过燃烧过程，不受卡诺循环限制，其能量转化效率高达40％～60％；燃料电池在工作过程中几乎不产生NO

双极板是PEMFC的关键部件之一，起着均匀分配燃料和氧化剂、实现电池组内各单池间的电的联结、支撑电池组、收集并导出电流、阻隔反应气体等功能。传统的金属材料具有良好的导电性、导热性，机械性能优异，适合大批量生产，是燃料电池双极板材料的首选，但金属极板在燃料电池工作环境中会发生严重腐蚀，造成金属极板中金属离子析出，导致质子交换膜降解及催化剂污染，从而降低燃料电池使用寿命，而且在酸性环境中金属表面极易形成钝化膜增大极板和气体扩散层的接触电阻，导致电池输出功率的下降。因此在金属极板表面制备耐腐蚀和高导电性的涂层是改善金属极板性能的有效途径。

中国专利CN 102054989 A中公开了一种质子交换膜燃料电池用双极板，包括一金属基板，所述金属基板表面沉积有聚吡咯-纳米SnO

发明内容

为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种燃料电池金属双极板双功能涂层，降低金属双极板与气体扩散层间的接触电阻，提升耐蚀性。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种燃料电池金属双极板用双功能涂层，包括金属基底，所述金属基底上依次沉积耐蚀层和导电层；所述耐蚀层的材料为钛、锆、钨、铌、铬、钽、钒、钼、铪对应氧化物中的任意一种或多种；所述导电层的材料为过渡金属化合物、无定形碳、贵金属中的任意一种或多种。

上述技术方案中，进一步地，所述耐蚀层的厚度为10～2000nm，所述导电层的厚度为50～3000nm。

上述技术方案中，进一步地，所述氧化物掺杂金属或非金属元素，所述金属元素为钛、锆、钨、铌、铬、钽、钒、钼、铪中的一种或多种，所述非金属元素为硼、碳、氮、硅、氟任意一种或多种。

上述技术方案中，进一步地，所述过渡金属化合物包含钛、锆、钨、铌、铬、钽、钒、钼、铪的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物中的一种或多种。

上述技术方案中，进一步地，所述涂层的制备方法为气相沉积、电沉积、喷涂或旋涂。

本发明的有益效果：本发明双功能涂层，由内层耐蚀层和外层导电层组成。其中紧邻金属基底的耐蚀层降低了基底表面的反应活性，且能通过自钝化的方式形成致密的薄膜，抑制涂层针孔的产生，防止腐蚀介质向金属基底渗透，增强基底的抗腐蚀性能，外层导电层具有优良的电子传导性能，有效降低基底与碳纸间的接触电阻。

附图说明

图1为本发明所述双极板的结构示意图，图中，1、金属板基底，2、耐蚀层，3、导电层；

图2为各实施例所制备的双极板与碳纸间的接触电阻随压强的变化曲线图；

图3为各实施例所制备的双极板在模拟燃料电池阴极条件下的加速腐蚀测试曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1