一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池技术

本发明专利技术是关于一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池，涉及燃料电池技术领域。主要采用的技术方案为：所述金属双极板包括金属基板、Cu纳米层、石墨烯层及非晶碳膜。其中，Cu纳米层沉积在金属基板上；石墨烯层制备在Cu纳米层上；非晶碳膜沉积在石墨烯层上。一种燃料电池包括上述的金属双极板。本发明专利技术主要用于提高金属双极板的耐腐蚀性、导电性，以及提高涂层与金属基板的结合力，从而延长金属双极板及燃料电池的使用寿命。

A metal bipolar plate and its preparation method and fuel cell

【技术实现步骤摘要】
一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池
本专利技术涉及一种燃料电池
，特别是涉及一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池。
技术介绍
双极板是PEMFC电堆的最关键部件之一，其成本在电堆的成本中占35％左右。双极板主要用于传递电子、传递热量、收集气体、分割单电池等。因此，开发具有高导电导热性，低气体渗透率，高机械强度，高耐腐蚀性，易于加工流道等特点的材料是目前双极板研究的主要目标。与炭基双极板燃料电池相比，金属双极板燃料电池具有高功率密度等优点。但是，由于燃料电池本身苛刻的工作环境，现有的金属材料(包括不锈钢、钛、铝合金等常见的材料)都无法满足金属双极板燃料电池的长期工作的要求；特别是不锈钢材料溶出的铁离子对电堆的性能会产生严重的影响。为了提高金属双极板燃料电池的稳定性，现有技术对金属双极板的表面进行改性；目前，金属双极板的主要制备方法是采用物理气相沉积法在金属基板上沉积涂层。但是，现有技术至少存在如问题：(1)涂层与金属基板的结合力差，造成双极板寿命比较短，经过数百到数千小时后，涂层往往会出现脱落、内部腐蚀现象。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属双极板，其特征在于，所述金属双极板包括：/n金属基板；/nCu纳米层，所述Cu纳米层沉积在所述金属基板上；/n石墨烯层，所述石墨烯层制备在所述Cu纳米层上；/n优选的，所述石墨烯层原位生长在所述Cu纳米层上。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属双极板，其特征在于，所述金属双极板包括：
金属基板；
Cu纳米层，所述Cu纳米层沉积在所述金属基板上；
石墨烯层，所述石墨烯层制备在所述Cu纳米层上；
优选的，所述石墨烯层原位生长在所述Cu纳米层上。


2.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述金属双极板还包括非晶碳膜，所述非晶碳膜沉积在所述石墨烯层上。


3.根据权利要求2所述的金属双极板，其特征在于，在所述石墨烯层和非晶碳膜之间具有过渡部分；其中，所述过渡部分的成分包括石墨烯和非晶碳。


4.根据权利要求2所述的金属双极板，其特征在于，所述石墨烯层为偏压等离子体化学气相沉积涂层；和/或
所述Cu纳米层为物理气相沉积涂层；优选的，所述Cu纳米层为多弧离子镀沉积涂层；和/或
所述非晶碳膜为偏压等离子体化学气相沉积涂层；和/或
所述非晶碳膜的厚度为50nm-10μm；和/或
所述Cu纳米层的厚度为20～2000nm；和/或
所述石墨烯层的层数为1-3层；和/或
所述石墨烯层的总厚度为0.2-1.0nm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的金属双极板，其特征在于，
所述金属双极板的涂层结合力为45-50N；和/或
所述金属双极板的接触电阻为0.8-1.1mΩ·cm2；和/或
所述金属双极板的腐蚀电位为305-345mV；和/或
所述金属双极板的腐蚀电流为1.0×10-9-1.0×10-8A/cm2。


6.权利要求1-5任一项所述的金属双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
预处理，对所述金属基板进行预处理；
沉积Cu纳米层，在所述金属基板上沉积Cu纳米层；
退火处理，将沉积Cu纳米层的金属基板加热至设定温度，保温设定时间后，退火冷却；优选的，设定温度为850-950℃，设定时间为30-120min；
制备石墨烯层，在Cu纳米层上制备石墨烯层；
优选的，所述预处理包括如下步骤：
第一次预处理：对金属基板依次进行除油处理、抛光处理、清洗处理、干燥处理；
第二次预处理：对金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理；
优选的，采用偏压磁控多弧离子镀膜设备对所述金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理；
优选的，所述第二次预处理的步骤，包括：将金属基板送入真空室后，将真空室的真空度抽至1×10-3～5×10-3Pa；将金属基板加热至150～300℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：上官鹏鹏，王海峰，王利生，
申请(专利权)人：浙江锋源氢能科技有限公司，锋源新创科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33