[发明专利]一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板，表面改性的燃料电池双极板以燃料电池的双极板为基材，利用真空溅射镀层技术在基材的表面形成均匀的Ti涂层，获得高电导率和耐腐蚀的双极板。利用氮掺、碳掺和碳氮共掺的方式，将TiN、TiCN或TiC镀层到双极板上，相对于现有的石墨涂层的双极板在电导率上极大提高，同时增强双极板的耐腐蚀性能，提高燃料电池性能和寿命。采用本发明制备的Ti涂层表面改性的双极板可以满足燃料电池使用需求，为燃料电池的产业化道路提供了技术支撑。

技术领域

本发明涉及燃料电池双极板技术领域，尤其涉及一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板及其制备方法。

背景技术

双极板作为燃料电池的关键部件，实现单电池之间的连接并起到收集电流的作用，为电池分配燃料和氧化剂等。燃料电池使用过程中，燃料电池双极板会发生腐蚀，通过镀层技术可以提高双极板的耐久性。燃料电池双极板的镀层需要同时满足高电导率和耐腐蚀要求。

现有技术中的燃料电池双极板一般为石墨涂层的金属双极板，这种双极板具有一定的耐腐蚀，但是电导率不高。此外，石墨/树脂复合材料双极板在实际中也有应用，树脂作为粘结剂，在增强石墨板力学强度的同时也提高了其阻气性，但复合板电导率较低的问题仍限制了双极板的应用。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板，其特征在于，所述表面改性的燃料电池双极板以燃料电池的双极板为基材，利用真空溅射镀层技术在所述基材的表面形成均匀的Ti涂层，所述Ti涂层为TiN、TiCN或TiC材料中的一种；所述TiC、TiCN和TiN的电导率依次增加，且所述TiCN的氮掺杂浓度与自身电导率呈正相关。

本发明一个较佳实施例中，所述Ti涂层的厚度为2～4μm。

本发明一个较佳实施例中，所述双极板为不锈钢、钛、铝、铜或银材料中的一种。

一种如上述所述的一种基于Ti涂层表面改性的燃料电池双极板的制备方法，包括以下步骤：

S1、镀膜室内抽真空，并通入工作气体；

S2、取清洁的双极板置于阳极架，在阳极架的正上方设置阴极架，阴极架上设置靶材料，靶材料和双极板相对设置，靶材料为固体Ti；

S3、阴极架接入高压电源，将靶材料激发成粒子态，被激发出来的粒子带有动能，沿双极板方向运动并沉积在双极板上。

本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，工作气体为含碳气体或氮气中一种或两种组合，所述含碳气体为甲烷或乙炔。

本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，靶材料和双极板的距离在10～40mm。

本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，高压电源的电压范围在1～100KV。

本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，靶材料的沉积时间为1～10min。

本发明一个较佳实施例中，在所述S1中抽真空时压力保持在10^-3Pa以下，通入工作气体后压力保持在0～0.1Pa。

本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，粒子态的靶材料与工作气体发生化学反应，晶粒成核并长大，形成致密的TiN、TiCN或TiC材料。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：