[实用新型]一种金属双极板以及燃料电池

说明书

本实用新型是关于一种金属双极板以及燃料电池，涉及燃料电池技术领域。主要采用的技术方案为：金属双极板包括金属基板、耐腐蚀涂层及导电涂层。其中，金属基板包括经过氮化处理的第一面；耐腐蚀涂层沉积在金属基板的第一面上；导电涂层沉积在所述耐腐蚀涂层上。一种燃料电池包括上述的金属双极板。本实用新型主要用于提高金属双极板的耐腐蚀性、导电性、提高涂层与金属基板的结合力、延长金属双极板及燃料电池的使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属双极板以及燃料电池。

背景技术

对于PEM电解制氢和PEMFC燃料电池行业，双极板材料的成本占整个燃料电池成本的25～35％。双极板的主要材料为石墨板，但是，石墨具有价格高昂、机械加工性能差等缺点。于是，现有技术采用市场使用量大、价格低廉、机械加工、韧性、强度好的金属板代替石墨板。但是，金属板的表面会生成导电性较差的氧化层，同时在电堆的工作环境下易发生腐蚀。并且，金属腐蚀产生的金属离子经扩散后，进入膜电极后，会使质子交换膜的电导率下降，甚至还会使催化剂中毒，从而对电池性能产生非常不利的影响。

因此，为了克服金属板存在的上述问题，现有技术主要采用物理气相沉积法在金属板的表面沉积耐腐蚀涂层，使其能满足双极板的性能要求。金属板经过耐腐蚀涂层修复后初始性能测试基本满足双极板的要求。

但是，采用物理气相沉积法在金属板的表面沉积耐腐蚀涂层的技术至少还存在如下技术问题：

(1)耐腐蚀涂层与金属板的结合力差(特别是铁基不锈钢材料)，造成双极板寿命比较短，经过数百到数千小时后，涂层往往会出现脱落、内部腐蚀现象。

(2)物理气相沉积固有的缺陷，造成镀层中出现针孔现象，腐蚀介质通过针孔进入膜层内部达到金属基板，腐蚀基板。腐蚀后的铁离子、铬、镍等离子又会反作用于膜电池，造成燃料电池性能大幅度的下降。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种金属双极板以及燃料电池，主要目的在于提供一种耐腐蚀性良好、涂层不易脱落、导电性良好的金属双极板。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

一方面，本实用新型的实施例提供一种金属双极板，其中，所述金属双极板包括：

金属基板，所述金属基板包括经过氮化处理的第一面；

耐腐蚀涂层，所述耐腐蚀涂层沉积在所述金属基板的第一面上；

导电涂层，所述导电涂层沉积在所述耐腐蚀涂层上。

优选的，所述氮化处理为气体氮化处理；和/或所述耐腐蚀涂层的成分包括第一金属；第一金属包括钛、铬、钨、镍、铝、铜中的一种或多种；优选的，所述耐腐蚀涂层的厚度为20nm～5um；优选的，所述耐腐蚀涂层具有多个第一针孔；其中，所述第一针孔分布在所述耐腐蚀涂层的表面和内部；所述第一针孔由所述第一金属形成的氧化物封堵。

优选的，述导电涂层的成分包括碳和第二金属；其中，所述导电涂层具有第二针孔，所述第二针孔由所述第二金属形成的氧化物封堵。

优选的，以质量百分数计，所述导电涂层的成分包括60～90％的碳和 10～40％的第二金属；优选的，以质量百分数计，所述导电涂层的成分包括 85～90％的碳和10～15％的第二金属。

优选的，第二金属为钛。

优选的，所述金属双极板还包括疏水层；其中，所述疏水层设置在所述导电涂层上；优选的，所述疏水层的成分包括PTFE。

再一方面，本实用新型的实施例还提供一种燃料电池，其中，所述燃料电池包括金属双极板；其中所述金属双极板为上述任一项所述的金属双极板；或所述金属双极板由上述任一项所述的金属双极板的制备方法制备而成。