[发明专利]燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料

说明书

本发明涉及涂料技术领域，尤其是一种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料。一种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料，该涂层包含自愈合层和超耐蚀层，自愈合层由钛合金和钨合金组成；超耐蚀层包括钨合金组分的氧化物层和钨合金组分的氮化物层。这种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料以提升燃料电池金属极板使用寿命为前提，这种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀涂层材料拥有在使用过程中使得针孔自动填充的能力，因此无需设计规避针孔用反复循环的多层结构，可以在无需添加贵金属的前提下达到比现有技术更低的接触电阻和腐蚀电流密度（接触电阻可达到3mΩ•cm²，腐蚀电流密度可达5×10^‑8A/cm²），极大降低了金属极板的处理成本。

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，尤其是一种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料。

背景技术

质子交换膜燃料电池作为21世纪新能源汽车的革新代名词，具有目前纯电动汽车无法取代的市场推广前景和改善地球环境的重大意义，其具有比燃油汽车更高的能量转化效率，且运行过程无污染物排出，电池回收没有纯电动汽车所需考虑的环境污染问题。也因此，全球各国争先开发其相关技术，其中关于燃料电池双极板材料的选择及其表面改性手段的研发尤其突出，因为双极板是质子交换膜燃料电池中的核心部件，占燃料电池总重量的70%-80%，制造成本的40%-50%，同时也是制约电池使用寿命的关键因素，所以，为了降低燃料电池组总重量、消减制造成本、提升电池寿命，新型燃料电池极板材料的开发显得尤为重要。目前双极板重量问题已得到有效改善，但采用轻量化设计的极板其基体材料多为不锈钢或钛合金这类表面容易钝化的材料，因此容易导致其表面电阻在电池环境中迅速提升，从而达不到电池使用的标准，由此出现了大批量针对金属极板表面改性的涂层和改性技术，虽然一些方法确实有效的改善了极板表面的导电能力，同时一定程度上提升了极板的耐久性能，包括采用多层设计以填堵针孔、贵金属引入以提升耐蚀性、采用特殊手段提升涂层致密度等，尽管如此目前最好的技术也只能满足燃料电池使用3000小时，仍然无法满足民用推广的水平。

发明内容

为了克服现有的涂料存在的不足，本发明提供了一种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃料电池兼具导电和耐蚀功能的涂层材料，该涂层包含自愈合层和超耐蚀层，自愈合层由钛合金和钨合金组成；超耐蚀层包括钨合金组分的氧化物层和钨合金组分的氮化物层。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，自愈合层的钛合金包含钛与钒、钽、镍、铬、锆中的一种或多种，其中钛含量为30wt%-80wt%；自愈合层的钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，自愈合层具有30nm-500nm的涂层厚度，且自愈合层在涂层使用过程中会在针孔或机械性损伤处自动形成填充物，由于暴露在外而易于与氧发生反应，自动形成氧化填充物，所形成的氧化产物具有较好的耐蚀性能和较好的导电能力，从而阻止腐蚀反应的进一步发生。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，超耐蚀层包括钨合金组分的氧化物层和钨合金组分的氮化物层，其中，氧化物层在自愈合层外侧，氮化物层在氧化物层外侧。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，氧化物层，钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，氮化物层为钨合金组分构成的氮化物；钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，氧化物层具有20nm-500nm的涂层厚度，氮化物层具有20nm-500nm涂层厚度。