[发明专利]一种燃料电池金属双极板复合涂层及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202111536491.8 申请日: 2021-12-14
公开(公告)号: CN114231925A 公开(公告)日: 2022-03-25
发明(设计)人: 邵志刚;苟勇 申请(专利权)人: 中国科学院大连化学物理研究所
主分类号: C23C14/35 分类号: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/16;C23C14/06;H01M8/0202
代理公司: 大连东方专利代理有限责任公司 21212 代理人: 张玉莹;李馨
地址: 116000 辽宁*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 燃料电池 金属 极板 复合 涂层 及其 制备 方法
【权利要求书】:

1.一种燃料电池金属双极板复合涂层,其特征在于,所述复合涂层包括沿金属双极板表面向外侧依次设置的钝化层、支撑层和耐蚀导电层;

所述钝化层为钛、钨、锆、钒、铌、钽、钼中的一种或两种以上的合金;

所述支撑层为氮掺杂的过渡金属碳化物层,其中氮原子掺杂的原子比在1%-20%之间;

所述耐蚀导电层为氮掺杂的碳层,其中氮原子掺杂的原子比在1%-20%之间。

2.根据权利要求1所述的复合涂层,其特征在于,所述支撑层中氮原子掺杂的原子比为8%-15%;所述耐蚀导电层中氮原子掺杂的原子比为5%-12%。

3.根据权利要求1所述的复合涂层,其特征在于,所述过渡金属碳化物为碳化钛、碳化钨、碳化锆、碳化钒、碳化铌、碳化钽、碳化钼中的一种或多种的混合。

4.根据权利要求1所述的复合涂层,其特征在于,所述钝化层的厚度为20-200nm,所述支撑层的厚度为20-800nm,所述耐蚀导电层厚度为50-800nm。

5.根据权利要求4所述的复合涂层,其特征在于,所述钝化层的厚度为50-200nm,所述支撑层的厚度为200-800nm,所述耐蚀导电层的厚度为200-800nm。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的复合涂层的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

(1)、对金属双极板基材进行预处理,除去表面污渍及氧化膜;

(2)、在预处理后的金属双极板基材表面沉积钝化层;所述钝化层的制备方法包括离子注入、磁控溅射、多弧离子镀、等离子喷涂中的至少一种;

(3)、在所述钝化层表面依次沉积支撑层和耐蚀导电层,得到所述复合涂层;

其中,所述支撑层和耐蚀导电层的制备方法包括磁控溅射、多弧离子镀、化学气相沉积中的至少一种;所述支撑层氮掺杂的方式为在沉积碳化物时通过含氮气体引入;所述耐蚀导电层氮掺杂的方式为在沉积碳时通过含氮气体引入,或在沉积碳后在含氮气体环境下退火引入。

7.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法,其特征在于,步骤(1)包括如下步骤:将所述金属双极板基材依次进行水洗和醇洗,除去表面污渍,然后通过溅射清洗除去表面氧化膜;溅射清洗过程中,腔室压强为0.3-1.0Pa,施加电压为-500--800V,清洗时间为5-30min。

8.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法,其特征在于,步骤(2)包括如下步骤:通过磁控溅射法沉积钝化层,腔室压强为0.3-1.0Pa,施加电流为2-8A,沉积时间为5-30min。

9.根据权利要求6所述的复合涂层的制备方法,其特征在于,步骤(3)包括如下步骤:钝化层沉积完毕后,通入乙炔和氮气作为反应气体,通过磁控溅射在钝化层表面沉积支撑层,支撑层沉积完毕后,乙炔流量调整至零,通过磁控溅射在支撑层表面沉积耐蚀导电层,沉积完毕后,得到所述复合涂层;

其中,支撑层沉积过程中,乙炔和氮气的流量分别为5-30sccm和3-20sccm,腔室压强为0.3-1.0Pa,施加电流为2-8A,沉积时间为15-45min;耐蚀导电层沉积过程中,氮气的流量为3-20sccm,腔室压强为0.3-1.0Pa,施加电流为3-10A,沉积时间为20-60min。

10.一种权利要求1-5任意一项所述的复合涂层在燃料电池中的应用。

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