燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层及制备方法技术

本发明专利技术涉及燃料电池功能涂层技术领域，尤其是一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层及制备方法。一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，涂层包含自愈合层、超耐蚀层以及可选择性沉积的超导电层。这种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层以提升燃料电池金属极板使用寿命为前提。本发明专利技术所涉及的一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀涂层材料拥有在使用过程中使得针孔自动填充的能力，因此无需设计规避针孔用反复循环的多层结构，同时涂层具有超耐蚀及超导电的成分设计，可以在无需添加贵金属的前提下达到比现有技术更低的接触电阻和腐蚀电流密度，极大降低了金属极板的处理成本。

Superconducting Super corrosion resistant functional coating for fuel cell metal bipolar plate and preparation method thereof

The invention relates to the technical field of the fuel cell functional coating, in particular to a superconducting and super corrosion resistant functional coating of a fuel cell metal bipolar plate and a preparation method thereof. A superconducting, super corrosion resistant functional coating for a fuel cell metal bipolar plate includes a self-healing layer, an ultra corrosion resistant layer, and a superconducting layer selectively deposited. This kind of fuel cell metal bipolar plate Superconducting Super corrosion resistant functional coating to enhance the fuel cell metal plate service life as the premise. A metal bipolar plate of fuel cell Superconducting Super corrosion resistance coating material has the ability to automatically fill the pinhole in the process of using the invention, there is no need to avoid repeating the design of multilayer structure with a pinhole, and the coating has corrosion resistance and composition design of ultra superconductivity, in the premise of without adding noble metal to lower than the existing technology of contact resistance and corrosion current density, which greatly reduces the processing cost of metal plate.

【技术实现步骤摘要】
燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层及制备方法
本专利技术涉及燃料电池功能涂层
，尤其是一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层及制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池作为21世纪新能源汽车的革新代名词，具有目前纯电动汽车无法取代的市场推广前景和改善地球环境的重大意义，其具有比燃油汽车更高的能量转化效率，且运行过程无污染物排出，电池回收没有纯电动汽车所需考虑的环境污染问题。也因此，全球各国争先开发其相关技术，其中关于燃料电池双极板材料的选择及其表面改性手段的研发尤其突出，因为双极板是质子交换膜燃料电池中的核心部件，占燃料电池总重量的70%-80%，制造成本的40%-50%，同时也是制约电池使用寿命的关键因素，所以，为了降低燃料电池组总重量、消减制造成本、提升电池寿命，新型燃料电池极板材料的开发显得尤为重要。目前双极板重量问题已得到有效改善，但采用轻量化设计的极板其基体材料多为不锈钢或钛合金这类表面容易钝化的材料，因此容易导致其表面电阻在电池环境中迅速提升，从而达不到电池使用的标准，由此出现了大批量针对金属极板表面改性的涂层和改性技术，虽然一些方法确实有效的改善了极板表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，涂层包含自愈合层（2）、超耐蚀层（3）以及可选择性沉积的超导电层（6），其中，自愈合层（2）由钛合金和钨合金组成；超耐蚀层（3）包括氧化物层（4）和氮化物层（5）；氧化物层（4）包含钨合金组分的氧化物，氮化物层（5）包含钨合金和或钛合金或两者混合组分的氮化物；超导电层（6）包含石墨烯和石墨，石墨烯含量为2%‑10%。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，涂层包含自愈合层（2）、超耐蚀层（3）以及可选择性沉积的超导电层（6），其中，自愈合层（2）由钛合金和钨合金组成；超耐蚀层（3）包括氧化物层（4）和氮化物层（5）；氧化物层（4）包含钨合金组分的氧化物，氮化物层（5）包含钨合金和或钛合金或两者混合组分的氮化物；超导电层（6）包含石墨烯和石墨，石墨烯含量为2%-10%。2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，自愈合层（2）由钛合金和钨合金组成，钛合金包含钛与钒、钽、镍、铬、锆中的一种或多种，其中钛含量为30wt%-80wt%；钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%。3.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，自愈合层（2）在基体（1）外侧，具有30nm-500nm的涂层厚度，且自愈合层（2）在涂层使用过程中会在针孔或机械性损伤处（7）自动形成填充物（8），由于暴露在外而易于与氧发生反应，自动形成氧化填充物（8），所形成的氧化产物具有较好的耐蚀性能和较好的导电能力，从而阻止腐蚀反应的进一步发生。4.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，超耐蚀层（3）包括氧化物层（4）和氮化物层（5），其中，氧化物层（4）在自愈合层（2）外侧，氮化物层（5）在氧化物层（4）外侧，氧化物层（4）为钨合金组分构成的氧化物，钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%，氮化物层（5）为钨合金和钛合金组分构成的氮化物，钛合金包含钛与钒、钽、镍、铬、锆中的一种或多种，其中钛含量为30wt%-80wt%；钨合金包含钨与钛、钒、铌、铬、锆中的一种或多种，其中钨含量为5wt%-80wt%。5.根据权利要求4所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，氧化物层（4）具有20nm-500nm的涂层厚度，氮化物层（5）具有20nm-500nm涂层厚度，氧化物层（4）与氮化物层（5）具有良好的导电能力和优异的耐蚀性能，在0.6MPa压力测试下，与碳纸的接触电阻3mΩ•cm2-15mΩ•cm2；采用电化学工作站进行动电位极化测试，其腐蚀电位为0.5V-1.2V，腐蚀电流密度为0.5×10-7A/cm2-8×10-7A/cm2。6.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，超导电层（6）在氮化物层（5）的外侧，超导电层（6）由石墨烯和石墨组成，其中石墨烯含量为2%-10%。7.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，超导电层（6）具有优异的导电能力，在0.6MPa压力测试下，与碳纸的接触电阻1mΩ•cm2-3mΩ•cm2。8.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层，其特征是，超导电层（6）的沉积具有选择性，当基体材料作为氢气极板时，可不沉积；当基体材料作为氧气极板时，需沉积。9.一种制造权利要求1-8任一项的燃料电池金属双极板超导电超耐蚀的功能涂层的制备方法，其特征是，涂层材料的自愈合层（2）、超耐蚀层（3）以及可选择性沉积的超导电层（6）是在装配有热丝辅助离子源的磁过滤电弧离子镀设备中一次性沉积完成的，镀膜设备靶材分别分布在真空炉体两侧，且同一水平面拥有至少3个靶材装配位置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩治昀，高华，魏科科，
申请(专利权)人：常州翊迈新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32