[发明专利]一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池

说明书

本发明是关于一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池，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、金属氧化物涂层以及导电涂层；其中，金属氧化物涂层沉积在金属基板上，且金属氧化物涂层包括不饱和金属氧化物层。导电涂层沉积在金属氧化物涂层上。本发明主要用于提高金属双极板的耐腐蚀性、导电性及涂层结合力，从而延长金属双极板和燃料电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池。

背景技术

燃料电池行业(如，PEM电解制氢和PEMFC燃料电池)，双极板是燃料电池的重要部件之一。以前，双极板的主要材料为石墨，其价格昂贵，使得双极板材料的成本占整个电池成本的25～35％；并且，石墨材料还存在机械加工性能差的缺陷。由于金属材料具有价格低廉、机械加工性能好、韧性好、强度好等优点，因此，金属材料的双极板被本领域技术人员认为是燃料电池的必然选择。而双极板需要同时具备优良的导电性能和耐腐蚀性能；因此，在金属基板上制备耐腐蚀导电层的意义重大。

现有技术中，对金属基板的改性方法是利用物理气相沉积法在金属基板的表面沉积具有耐腐蚀性和导电性能的涂层。但是，利用该技术制备的金属双极板至少存在如下技术问题：

(1)由于金属双极板苛刻的运行环境，对涂层的导电性和耐腐蚀性都提出了严格的限制，目前选用的涂层材料不能同时兼具优异的耐腐蚀性和导电性。

(2)涂层在纵向上存在针孔现象，在燃料电池的腐蚀环境中，腐蚀介质通过针孔进入膜层内部达到金属基体，腐蚀基体。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池，主要目的在于提高金属双极板的导电性和耐腐蚀性能。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明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；

金属氧化物涂层，所述金属氧化物涂层沉积在所述金属基板上；

其中，所述金属氧化物涂层包括不饱和金属氧化物层。

优选的，所述金属氧化物涂层还包括饱和金属氧化物层；其中，所述饱和金属氧化物层位于所述不饱和金属氧化物层和金属基板之间。

优选的，所述金属氧化物涂层中的金属成分包括钛Ti、铝Al中的一种或两种。

优选的，所述金属氧化物涂层的厚度为20～100nm。所述不饱和金属氧化物层的厚度为20～50nm。

所述金属双极板还包括导电涂层，所述导电涂层沉积在所述金属氧化物涂层上；优选的，导电涂层为非晶碳膜；进一步优选的，所述非晶碳膜中的SP²杂化碳的质量分数为60～90％；优选的，所述导电涂层的厚度为50nm～5μm。

优选的，所述金属双极板的涂层结合力为48-55N；和/或所述金属双极板的接触电阻为1.2-2.2mΩ·cm²；优选为1.2-1.6mΩ·cm²；和/或所述金属双极板的腐蚀电位为302-345mV，优选为329-345mV；和/或所述金属双极板的腐蚀电流为3.0×10^-7-8.5×10^-7A/cm²。

另一方面，上述金属双极板的制备方法包括如下步骤：

预处理：对金属基板进行预处理；

沉积金属氧化物涂层：在所述金属基板的表面沉积金属氧化物涂层，并使金属氧化物涂层包括不饱和金属氧化物层。

优选的，所述预处理的步骤包括：