The invention relates to a high performance bipolar plate of a fuel cell with a surface titanium tantalum carbon film and a preparation method thereof, belonging to the technical field of surface modification of fuel cells and materials. The bipolar plate made of titanium tantalum nanocrystalline transition layer of 316L stainless steel and TA1 titanium sheet metal bipolar plate substrate and its surface, and on the surface of carbon titanium tantalum amorphous nanocrystalline composite films; titanium tantalum nanocrystalline transition layer and Ti TA carbon amorphous nanocrystalline composite films by arc ion plating method for membrane model the preparation, wherein the substrate passivation film plating transition layer before removal and surface activation, and remove the plating transition layer the surface composite film in front of large particles and other defects, using plasma enhanced gas discharge method and supplemented by ion sputtering ion beam etching in addition. The bipolar plate prepared by this method has high comprehensive performance and can meet the requirement of long life of battery stack.
【技术实现步骤摘要】
一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板及其制备方法
本专利技术涉及一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板及其制备方法,属于燃料电池和金属材料表面改性
技术介绍
燃料电池能将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,其转化效率高、环境友好、可靠性强,被认为是当今首选的高效的可持续发电技术。在各类燃料电池中,质子交换膜燃料电池(ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC)具有启动快、寿命长、比功率高等优点,除适用于地面发电站以外,还特别适合用于可移动动力源和各种便携电源,是新能源汽车的理想电源之一。双极板是质子交换膜燃料电池的主要部件,占电池重量的70%以上,在电池总成本中也占接近一半,其作用是分隔反应气体、收集电流、将各个单电池串联起来并通过流场为反应气进出电极及水的排出提供通道等。金属是理想的质子交换膜燃料电池的双极板材料,但是其主要问题是在电池环境下易发生腐蚀,包括化学腐蚀和电化学腐蚀,其后果不仅是使双极板功能失效,而且还会造成质子交换膜的“毒化”。对金属双极板应用现代表面工程技术进行表面改性处理是解决问题的有效手段。因此,在燃料电池的产业化进程中,针对金属双极板表面改性的研究开发一直是重点公关技术之一,近年来已在表面改性材料和制备工艺上取得了突破性进展。如ZL200810086374.4等技术,用PVD电弧离子镀方法在不锈钢双极板表面沉积碳铬等纳米复合薄膜,使改性后双极板的原始性能中导电性能接近贵金属银,耐蚀性能比不锈钢基体提高2个数量级以上,疏水性能水接触角大于110°,达到了用廉价表面改性材料替 ...
【技术保护点】
一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板,其特征在于,该燃料电池高性能双极板包括金属薄板双极板基材(1)、中间耐点蚀过渡层(2)和表面钛钽碳薄膜(3);金属薄板双极板基材(1)的厚度为0.1mm‑0.5mm;中间耐点蚀过渡层(2)的材质为钛钽纳米晶合金层,其中钛的原子百分成分含量为90.0%‑99.0%,钛钽纳米晶合金层的厚度为0.3μm‑3.0μm;表面钛钽碳薄膜(3)的材质为碳非晶钛钽纳米晶复合薄膜,其中碳非晶的原子百分成分含量为60%‑100%,其余为钛钽纳米晶,钛钽纳米晶中钛和钽二者的相对成分含量与中间耐点蚀过渡层(2)中相同,表面钛钽碳薄膜(3)的厚度为0.1μm-1.0μm。
【技术特征摘要】
1.一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板,其特征在于,该燃料电池高性能双极板包括金属薄板双极板基材(1)、中间耐点蚀过渡层(2)和表面钛钽碳薄膜(3);金属薄板双极板基材(1)的厚度为0.1mm-0.5mm;中间耐点蚀过渡层(2)的材质为钛钽纳米晶合金层,其中钛的原子百分成分含量为90.0%-99.0%,钛钽纳米晶合金层的厚度为0.3μm-3.0μm;表面钛钽碳薄膜(3)的材质为碳非晶钛钽纳米晶复合薄膜,其中碳非晶的原子百分成分含量为60%-100%,其余为钛钽纳米晶,钛钽纳米晶中钛和钽二者的相对成分含量与中间耐点蚀过渡层(2)中相同,表面钛钽碳薄膜(3)的厚度为0.1μm-1.0μm。2.根据权利要求1所述的带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板,其特征在于,所述金属薄板双极板基体(1)的材质为TA1工业纯钛薄板双极板、TA10工业钛合金薄板双极板或316L不锈钢薄板双极板。3.一种带有表面钛钽碳薄膜的燃料电池高性能双极板的制备方法,采用有热丝增强放电并辅以气体离子源增强溅射刻蚀的电弧离子镀方法在金属薄板双极板基材(1)表面依次沉积中间耐点蚀过渡层(2)及表面钛钽碳薄膜(3),其特征在于,具体步骤如下:(1)将电弧离子镀设备真空室一侧安装在真空环境中能发射大量热电子的热丝装置,另一侧再安装使惰性气体能获得电激发离化的气体离子源装置,在电弧离子镀设备真空室内壁均布有管状加热器装置;在均匀分布的多个阴极靶位上分别相间隔安装碳靶和钛钽合金靶,其中钛钽合金靶中钛的原子百分成分含量为90.5%-99.5%;(2)将金属薄板双极板基材(1)经超声清洗并烘干处理后,安放于电弧离子镀真空室的工件卡具上,关闭舱门后由真空系统将真空室真空...
【专利技术属性】
技术研发人员:林国强,吴爱民,董闯,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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