一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统及其应用技术方案

本发明专利技术的一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统，包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；进片室外一侧设有出口阀门，进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，出片室外一侧设有进口阀门；在每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在样品传送装置上；进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。本发明专利技术有效降低涂层沉积时间，实现工艺的连续化运行，对各级涂层工艺实现精确有效监管，提高了涂层的沉积效率，适用于大批量涂层的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统及其应用
本专利技术属于燃料电池
，涉及一种用于等离子体增强化学气相沉积法的燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统及其应用。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能的发电装置。随着新能源技术的不断发展，以氢气为主要燃料的质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，简称PEMFC）近年来已经成为研究的热点之一。作为质子交换膜燃料电池的核心部件之一，双极板具有分隔氧化剂还原剂，支撑膜电极，收集电流并承担系统散热等作用，因此双极板必须是一种电与热的良导体，金属则成为双极板材料的首选，但是金属双极板在强酸、高温等燃料电池工作环境中会发生严重腐蚀造成电池寿命的迅速衰减，在金属双极板上进行改性以提高金属极板的抗腐蚀性能、降低极板和气体扩散层之间的接触电阻是目前的研究热点，碳涂层优异的耐蚀性以及导电性使其得到了广泛的应用。针对于碳涂层的沉积主要有物理气相沉积（PhysicalVaporDeposition，以下简称PVD），化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition，简称CVD）以及离子镀（Ionplating，简称IP）等方法。其中传统的化学气相沉积因化学反应条件限制需将炉腔加热高达1000℃，而物理气相沉积溅射沉积速率相对较低，导致时间成本增加，两者都不适用于大批量，大规模的碳涂层制备。而等离子体增强化学气相沉积法（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，以下简称PECVD）作为传统低压化学气相沉积的发展，利用等离子体的活性来促进化学反应的进行，在基片上沉积涂层，具有基本温度低，沉积速率快，成膜质量好，薄膜成分和厚度易于控制等一系列优点。针对燃料电池双极板碳涂层的研究主要集中在碳涂层成分结构的设计上，而对于碳涂层的沉积方法提及很少。专利公开号CN102800871B公开了一种采用非平衡磁控溅射方法制备的碳铬阶梯涂层来改善双极板的耐蚀导电能力；专利公开号CN101630745A则采用等离子体辅助化学气相沉积方法在不锈钢表面制备一种含氟的碳涂层来降低涂层内部残余应力。在连续沉积涂层设备方面，专利公开号CN202492573U提出了一种多工艺腔双面镀膜PECVD装置，通过对等离子发生器方向的设计采用工艺腔模块化组合实现太阳能电池片多层双面一次性镀膜，避免交叉污染；专利公开号CN206502860U公开了一种PECVD与PVD混合连续式镀膜装置，主要用于卷对卷柔性薄膜的镀制。对于燃料电池双极板用碳涂层的沉积方法及沉积设备则少有提及。目前，单体的PECVD设备包括真空系统、沉积系统、装载系统、控制系统和加热系统等，结构复杂，价格昂贵，而且不适合制备多层涂层，因此将PECVD沉积法引入到连续生产线上，和物理气相沉积法结合在一起作为一套连续沉积系统，将有利于大幅度提高涂层生产效率，节省设备及时间成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于等离子体增强化学气相沉积法的燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统，以克服上述现有技术存在的缺陷而。本专利技术的第一个目的是提供一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统，其特征在于，主要包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；所述进片室外一侧设有出口阀门，所述进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，所述出片室外一侧设有进口阀门；在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过所述沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在所述的样品传送装置上；所述的进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在所述的涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。所述的涂层工艺室依次包括：第一缓冲室、清理室、一个或多个PVD过渡沉积室、一个或多个PECVD沉积室以及第二缓冲室，各室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；在所述涂层工艺室的各室的两侧壁面上设有若干个多孔气管，所述的PVD过渡沉积室及PECVD沉积室两侧壁面还设有若干个电极，所述的清理室的两侧壁面设置有离子源引入高能粒子。本专利技术的第二个目的是提供一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统的应用方法，通过在双极板碳涂层连续沉积系统的内部引入碳源，在燃料电池双极板的基片上，先采物理气相沉积法沉积过渡层，再采用等离子体增强化学气相沉积法沉积表面碳涂层；其特征在于，所述的双极板碳涂层连续沉积系统主要包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；所述进片室外一侧设有出口阀门，所述进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，所述出片室外一侧设有进口阀门；在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过所述沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在所述的样品传送装置上；所述的进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在所述的涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。所述的涂层工艺室依次包括：第一缓冲室、清理室、一个或多个PVD过渡沉积室、一个或多个PECVD沉积室以及第二缓冲室，各室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；在所述涂层工艺室的各室的两侧壁面上设有若干个多孔气管，所述的PVD过渡沉积室及PECVD沉积室两侧壁面还设有若干个电极，所述的清理室的两侧壁面设置有离子源引入高能粒子，用于除去双极板表面的氧化物及杂质。所述的碳源为气体碳源和/或液体碳源，其中气体碳源选自甲烷或乙炔，液体碳源选自苯或吡啶。进一步地，所述的液体碳源通过加热气化或者通过惰性气体携带方式引入所述的涂层工艺室，惰性气体优选为氮气或氩气。所述PVD过渡沉积室用于在基片上沉积过渡层，以提高表面碳涂层的结合力，所述的过渡层总厚度为0.01～5μm。进一步地，所述的过渡层包括金属打底层和金属碳化物过渡层，其中金属打底层为过渡金属，例如：铬、钛、铌、钨、镍等；金属碳化物过渡层为在金属底层上形成的碳化物层。进一步地，所述的金属打底层的沉积方法包括但不限于平面磁控磁控溅射、多弧离子镀等；所述的金属碳化物过渡层的沉积方法包含但不限于反应磁控溅射、靶材直接溅射、多弧反应沉积等。所述的PECVD沉积室用于在过渡层上沉积表面碳涂层，所述表面碳涂层的总厚度为0.01～5μm；所述的等离子体增强化学气相沉积法的电极为平板式电极；所述电极的电源类型主要包括射频电源、双极脉冲电源、中频电源等。进一步地，所述的电极为铝合金板，其高度大于所述双极板基片的高度，与所述双极板基片之间的距离为2～10cm；在所述的电极上分布着与外部碳源相连的碳源气孔，所述碳源气孔的大小不同，从电极中央向四周逐渐增大，以保证气体分布均匀性，进一步保证双极板上碳涂层的均匀性。进一步地，所述的电极通过绝缘支柱固定在腔体周围，所述电极的电线通过绝缘支柱内部引入到所述电极的表面，绝缘支柱背面装有一套冷却装置以防止电极温度过高造成材料损坏。所述的样品运输装置由传送带和传送轮组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统，其特征在于，主要包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；所述进片室外一侧设有出口阀门，所述进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，所述出片室外一侧设有进口阀门；在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过所述沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在所述的样品传送装置上；所述的进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在所述的涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统，其特征在于，主要包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；所述进片室外一侧设有出口阀门，所述进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，所述出片室外一侧设有进口阀门；在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过所述沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在所述的样品传送装置上；所述的进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在所述的涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。2.根据权利要求1所述的所述的连续沉积系统，其特征在于，涂层工艺室依次包括：第一缓冲室、清理室、一个或多个PVD过渡沉积室、一个或多个PECVD沉积室以及第二缓冲室，各室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；在所述涂层工艺室的各室的两侧壁面上设有若干个多孔气管，所述的PVD过渡沉积室和PECVD沉积室的两侧壁面设有若干个电极，所述的清理室的两侧壁面设置有离子源。3.一种燃料电池双极板碳涂层连续沉积系统的应用方法，通过在双极板碳涂层连续沉积系统的内部引入碳源，在双极板基片上，先采用物理气相沉积法沉积过渡层，再采用等离子体增强化学气相沉积法沉积表面碳涂层；其特征在于，所述的双极板碳涂层连续沉积系统主要包括：进片室、进片过渡室、涂层工艺室、出片过渡室和出片室；所述进片室外一侧设有出口阀门，所述进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，所述出片室外一侧设有进口阀门；在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；样品传送装置穿过所述沉积系统的各室内部，形成一条闭合回路，样品架设在所述的样品传送装置上；所述的进片过渡室、涂层工艺室和出片过渡室内分别设有真空抽气装置；在所述的涂层工艺室内的底部铺设有加热装置。4.根据权利要求3所述的所述的应用方法，其特征在于，所述的涂层工艺室依次主要包括：第一缓冲室、清理室、一个或多个PVD过渡沉积室、一个或多个PECVD沉积室以及第二缓冲室，各室的室外两侧分别设有进口阀门和出口阀门，在所述的每两个室之间设有传输室，通过阀门和传输室将各室按照顺序串联连接；在所述涂层工艺室的各室的两侧壁面上设有若干个多孔气管，所述的PVD过渡沉积室及PECVD沉积室的两侧壁面设有若干个电极，所述的清理室的两侧壁面设置有离子源。5.根据权利要求3或4所述的所述的应用方法，其特征在于，所述的碳源为气体碳源和/或液...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕飞飞，黎焕明，彭林法，蓝树槐，徐一凡，姜天豪，
申请(专利权)人：上海治臻新能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31