带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其中燃料电池金属双极板，包括不锈钢基板和逐层沉积于不锈钢基板上的钝化层、导电过渡层、导电防腐层。与现有技术相比，本实用新型专利技术中的带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板通过利用ALD技术制备得到，导电防腐层的厚度小于现有的技术所制备的厚度，从而在提高极板防腐蚀性能的同时，降低了成本以及缩短薄膜制备的时间。成本以及缩短薄膜制备的时间。成本以及缩短薄膜制备的时间。

【技术实现步骤摘要】
带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板


[0001]本技术涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板。

技术介绍

[0002]燃料电池的金属双极板的防腐蚀涂层受限于涂层工艺(如电镀，PVD等)导致涂层不够致密，为了达到长时间耐腐蚀的要求，涂层需要具有一定厚度，如金涂层需要在其之下有别的涂层打底，而碳涂层需要达到亚微米级。制备这些涂层，或受限于其厚度要求，导致的高成本，或由于厚度要去，导致制备时间过长。

技术实现思路

[0003]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，通过利用ALD技术制备得到，制备的导电防腐层的厚度小于现有的技术所制备的厚度，从而在提高极板防腐蚀性能的同时，降低成本以及缩短薄膜制备的时间。
[0004]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]本技术的目的是保护一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，包括不锈钢基板和逐层沉积于不锈钢基板上的钝化层、导电过渡层、导电防腐层。
[0006]进一步地，所述钝化层的厚度为2～5nm。
[0007]进一步地，所述导电过渡层的厚度为10～20nm。
[0008]进一步地，所述导电防腐层的厚度为8～12nm。
[0009]进一步地，所述钝化层为ZnO层、TiO2层、V2O5层、HfO2层中的一种。
[0010]进一步地，所述钝化层为TiO2层。
[0011]进一步地，所述导电过渡层为SnO2层、Ir层、Pt层、Pd层、Ag层、Ti层、TiN层中的一种。
[0012]进一步地，所述导电过渡层为SnO2层。
[0013]进一步地，所述导电防腐层为Au层、Ti层、Cr3C2层、C层、CaF2层、SrF2层、MgF2层、ZnF层中的一种。
[0014]进一步地，所述导电防腐层为Au层。
[0015]与现有技术相比，本技术具有以下技术优势：
[0016]1、本技术通过3nm左右的致密的钝化层，完好地遮盖不锈钢基底，保证不锈钢基底任何一处都不会暴露在外部，防止不锈钢基底的腐蚀。
[0017]2、本技术中的钝化层厚度控制在3nm左右，确保了双极板依旧拥有良好的导电性能。
[0018]3、本技术中10～20nm的导电过渡层(SnO2,Ir,Pt,Pd,Ag,Ti)能够确保拥有良好导电性的同时，保护底部钝化层在后续制备导电防腐层的过程中不被破坏。
[0019]4、本技术的氟化物薄膜，能够防止HF的腐蚀。
附图说明
[0020]图1为本技术方案中燃料电池金属双极板截面示意图；
[0021]图2为本技术方案中ALD循环原理示意图；
[0022]图3为实施例1的动电位扫描j
‑
E图；
[0023]图4为实施例1恒电位测试j
‑
t图；
[0024]图5为普通涂层以及实施例1腐蚀前后接触电阻变化。
[0025]图中：1、不锈钢基板，2、钝化层，3、导电过渡层，4、导电防腐层。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的原料型号、材料名称、连接结构、控制方法、制备方法等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
[0027]本技术方案中带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，包括不锈钢基板1和逐层沉积于不锈钢基板1上的钝化层2、导电过渡层3、导电防腐层4。钝化层2的厚度为2～5nm。导电过渡层3的厚度为10～20nm。导电防腐层4的厚度为8～12nm。钝化层2为ZnO层、TiO2层、V2O5层、HfO2层中的一种。导电过渡层3为SnO2层、Ir层、Pt层、Pd层、Ag层、Ti层、TiN层中的一种。导电防腐层4为Au层、Ti层、Cr3C2层、C层、CaF2层、SrF2层、MgF2层、ZnF层中的一种。
[0028]本技术方案不同于江苏微导纳米科技股份有限公司提出的原子层沉积的方法制备的涂层，需要制备四种不同的功能薄膜涂层，本技术的涂层设计在于在金属双极板的不锈钢基底，利用原子层沉积(ALD)的方法，沉积金属氧化层作为钝化层保护不锈钢基底。随后，用ALD,PVD,CVD,PECVD,电镀或者真空蒸镀的方法制备导电防腐层。
[0029]本技术在不锈钢基底上，利用ALD的技术沉积3nm的致密氧化物(ZnO,TiO2,V2O5,HfO2)作为钝化层。
[0030]本技术在钝化层之上，以ALD的技术沉积10～20nm的导电过渡层(SnO2,Ir,Pt,Pd,Ag,Ti,TiN)。
[0031]本技术在导电过渡层之上，以PVD,CVD,PECVD,电镀或者真空蒸镀的方法制备导电防腐层(Au,Ti,Cr3C2,C)；或用ALD的方式沉积10nm左右的CaF2,SrF2,MgF2,ZnF。如图1所示。
[0032]具体实施时，将表面清洁完毕的不锈钢基底放入ALD的腔室中进行致密的钝化层的沉积。控制ALD腔室温度在50℃～500℃范围内，腔室真空度控制在10～100Pa,以惰性气体为载流气(如N2)，控制流速为30sccm～300sccm。如图2所示，先进样将前驱体A，进样时间为0.3s～5s，部分密度比较大的前驱体可连续多次进样。等待前驱体A与基底反应完全，等待时长为10s～45s。随后等待20s～90s将腔室中剩余未反应的前驱体清扫干净。之后以同样的方式进样并清扫反应物B。如果有多个反应物，以同样的方式进样并清扫剩余物。如图2所示，重复多个ALD循环来得到需要的沉积厚度。
[0033]具体实施时，在沉积了钝化层后的样品上，以ALD的技术，继续沉积10～20nm的导电过渡层。控制ALD腔室温度在50℃～500℃范围内，腔室真空度控制在10～100Pa,以惰性
气体为载流气(如N2)，控制流速为30sccm～300sccm。如图2所示，重复多个ALD循环来得到所需要的沉积厚度。SnO2,Ir,Pt,Pd,Ag,Ti可在这里用作导电过渡层。
[0034]具体实施时，导电防腐层(Au,Ti,Cr3C2,C)以ALD循环，PVD,CVD,PECVD,电镀或真空蒸镀的方法制备。或用ALD的方式沉积10nm左右的CaF2,SrF2,MgF2。
[0035]实施例1
[0036]具体制备过程中：
[0037]以TTIP(四异丙醇钛Ti[OCH(CH3)2]4)为金属前驱体(前驱体A)，其进样时间，等待时间及清扫时间分别为：0.5s|15s|30s,水为氧源反应物(反应物B)，其进样时间，等待时间及清扫时间分别为：2s|15s|30s。反应腔室温度控制在150℃，循环20圈ALD循环，得到3nm左右的TiO2作为钝化层，保护不锈钢基底。
[0038]以TDMASn(四(二甲氨基)锡[(CH3)2N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其特征在于，包括不锈钢基板(1)和逐层沉积于不锈钢基板(1)上的钝化层(2)、导电过渡层(3)、导电防腐层(4)。2.根据权利要求1所述的一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其特征在于，所述钝化层(2)的厚度为2～5nm。3.根据权利要求1所述的一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其特征在于，所述导电过渡层(3)的厚度为10～20nm。4.根据权利要求1所述的一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其特征在于，所述导电防腐层(4)的厚度为8～12nm。5.根据权利要求1所述的一种带有防腐蚀薄膜涂层的燃料电池金属双极板，其特征在于，所述钝化层(2)为ZnO层、TiO2层、V2O5层、HfO2层中的一种。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓颖，徐一凡，唐厚闻，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：