[发明专利]极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池

说明书

本申请提供一种极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池，包括：金属基板和金属氧化物层，金属氧化物层设置于金属基板的表面上。根据本申请的极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池，能有效提高金属极板耐腐蚀性。

技术领域

本申请属于燃料电池技术领域，具体涉及一种极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池。

背景技术

目前，在燃料电池行业，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％；且石墨材料还存在机械加工性能差的缺陷，因此，具有价格低廉、机械加工性能好、韧性好、强度好的金属材料的双极板。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耐腐蚀涂层后、再在耐腐蚀涂层上沉积导电层。

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，目前选用的导电的涂层材料在耐腐蚀性上有很大的欠缺，或者初始性能较好，但使用寿命比较短。

(2)耐腐蚀层和导电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。

因此，如何提供一种能有效提高金属极板耐腐蚀性的极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池成为本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种极板结构及其制备方法以及具有其的双极板和燃料电池，能有效提高金属极板耐腐蚀性。

为了解决上述问题，本申请提供一种极板结构，包括：

金属基板；

金属氧化物层，金属氧化物层设置于金属基板的表面上。

优选地，极板结构还包括金属氮化物层，金属氮化物层设置于金属氧化物层上。

优选地，极板结构还包括非晶碳膜层，非晶碳膜层设置于金属氮化物层上。

优选地，非晶碳膜层的厚度为50nm～5μm；

和/或，非晶碳膜层中的SP2杂化碳的质量分数为60～90％；

和/或，金属氧化物中的金属为Ti和Al中的任一种或两种组合；

和/或，金属氧化物为TiO2、TiO、Al2O3、AlO中的任一种或多种组合；

和/或，金属氮化物为Ti2N、TiN、Al2N3、AlN任一种或多种组合；

和/或，金属氧化物层的厚度为20～100nm；

和/或，金属氮化物层的厚度为10～90nm；

和/或，金属基板的材质为不锈钢、钛、钛合金、铝、铝合金、镍中任的一种。

根据本申请的再一方面，提供了一种极板结构制备方法，包括如下步骤：

对金属基板的表面上沉积金属氧化物，并在金属基板的表面形成金属氧化物层。

优选地，极板结构制备方法还包括：对金属氧化物层进行氮化处理，并形成金属氮化物层；

和/或，对金属基板的表面上沉积金属氧化物之前，还包括如下步骤：

对金属基板进行预处理；预处理包括第一预处理，第一预处理依次对金属基板进行除油、抛光、清洗、干燥处理；