一种复合涂层、双极板以及水电解装置制造方法及图纸

本申请涉及一种复合涂层、双极板和水电解装置，复合涂层用于覆设在水电解装置双极板表面，包括：底层，所述底层覆设在所述双极板表面，所述底层的材质包括第一非贵金属；覆设在所述底层表面的增强层，所述增强层的材质包括掺杂氧化物A

【技术实现步骤摘要】
一种复合涂层、双极板以及水电解装置


[0001]本申请属于质子交换膜电解槽双极板涂层领域，具体涉及一种复合涂层、双极板以及水电解装置。

技术介绍

[0002]氢能以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视作最理想的能源载体。电解水制氢是目前获得纯氢最简单的方法，如果将其与可再生资源发电技术相结合，电解水可以作为大规模制氢技术，对环境的污染小、温室气体排放少、经济性较好，具有良好的应用前景。质子交换膜 ( proton exchange membrane，PEM) 水电解技术受到越来越多的关注。PEM水电解装置由于其高能效、高产气纯度以及小型、轻量而具有广阔的应用前景，PEM水电解装置的关键技术是电解槽，它的性能参数直接影响水电解制氢的效果。电解槽主要由阴极板、阳极板、膜电极、阴极集电器和阳极集电器等构成，其中阴阳极板为PEM电解槽提供电、热、气、流传输媒介，并保障PEM电解槽运行寿命，是PEM电解槽核心部件。在双极板涂层材料方面，操作电位高、环境酸性大，现有技术采用微米级氧化钌、铂和金等保障金属双极板的使用寿命，但是，显著增加了PEM电解槽极板的制造成本。
[0003]因此，现在急需一种能够在高电位、酸性环境下稳定存在的涂层，以提高双极板的使用寿命的同时降低制备成本。

技术实现思路

[0004]为了克服现有的涂层材料存在的不足，本申请提供了一种复合涂层、双极板以及水电解装置，该复合涂层应用在水电解装置的双极板中，能够在高电位和酸性环境中具有优异的耐腐蚀性、较高的接触电阻以及较低的制备成本。
[0005]第一方面，本申请提供了一种复合涂层，所述复合涂层用于覆设在水电解装置双极板表面，包括：底层，所述底层覆设在所述双极板表面，所述底层的材质包括第一非贵金属；覆设在所述底层表面的增强层，所述增强层的材质包括掺杂氧化物A
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B，其中，A为第二非贵金属氧化物，B为至少一种的掺杂组分，所述A与B通过化学键连接。
[0006]第二方面，本申请提供一种双极板，包括：基板；以及覆设在所述基板表面的导电耐蚀涂层，所述导电耐蚀涂层包括第一方面所述的复合涂层。
[0007]第三方面，本申请提供一种水电解装置，所述水电解装置包括第二方面所述的双极板。
[0008]与现有技术相比，本申请具备如下有益效果：本申请的复合涂层包括底层和增强层的叠层结构，其中，底层与双极板接触，本申请通过将底层设置双极板与增强层之间，且底层与增强层均为非贵金属材质，底层的热膨
胀系数介于双极板和增强层之间，使得底层充当过渡层，使得增强层、底层和双极板的热膨胀系数呈阶梯式排布，从而提高复合涂层与双极板的结合能力，提高复合涂层的耐久性。此外，增强层为掺杂氧化物层A
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B，含有第二非贵金属氧化物的掺杂氧化物层具有优良的导电特性，能够满足双极板涂层的高导电性要求，减小复合涂层的接触电阻，避免使用贵金属的同时降低使用量，降低制备成本；且掺杂氧化物层具有较强的稳定性，其在电解槽中不参与化学反应，因此，本申请复合涂层的存在能够提升双极板在水电解装置酸性及高电位环境中的耐蚀性能。
附图说明
[0009]为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0010]图1为本申请双极板表面复合涂层截面示意图一；图2为本申请双极板表面复合涂层截面示意图二；图3为本申请实施例1双极板的腐蚀前后与气体扩散层的接触电阻图；图4为本申请实施例1双极板的腐蚀前后的腐蚀曲线。
[0011]图中：1
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双极板；2
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复合涂层；21
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底层；22
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界面层；23
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增强层。
具体实施方式
[0012]为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0013]应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0014]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
[0015]应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0016]本申请提供一种复合涂层2，如图1所示，为带有本申请复合涂层的双极板的结构示意图，包括：底层21，底层21覆设在双极板1表面，底层21的材质包括第一非贵金属；
覆设在底层21表面的增强层23，增强层23的材质包括掺杂氧化物A
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B，其中，A为第二非贵金属氧化物，B为至少一种的掺杂组分， A与B通过化学键连接。
[0017]在上述方案中，本申请的复合涂层2包括底层21和增强层23的叠层结构，其中，底层21与双极板1接触，双极板1的材质一般为铸铁金属板、镍板或不锈钢金属板和钛合金等材质，本申请通过将底层21设置双极板1与增强层23之间，且底层21与增强层23均为非贵金属材质，由于底层21的热膨胀系数介于双极板1的热膨胀系数和增强层23的热膨胀系数之间，使得底层21充当过渡层，使得增强层23、底层21和双极板1的热膨胀系数呈阶梯式排布，从而提高复合涂层2与双极板1的结合能力，提高复合涂层2的耐久性。此外，增强层23为掺杂氧化物层A
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B，含有第二非贵金属氧化物的掺杂氧化物层具有优良的导电特性，能够满足双极板涂层的高导电性要求，减小复合涂层2的接触电阻，避免使用贵金属的同时降低使用量，降低制备成本；且掺杂氧化物层具有较强的稳定性，其在电解槽中不参与化学反应，因此，本申请的复合涂层2能够提升双极板在水电解装置酸性及高电位环境中的耐蚀性能。
[0018]本申请中，掺杂氧化物层中B通过原子的形式嵌入第二非贵金属氧化物的晶格结构中，形成致密氧化层，致密的氧化层材料内部不存在相互连接的孔，且由于掺杂氧化物设置在复合涂层的表面，当将复合涂层应用在双极板中时，致密的氧化物层能够阻挡腐蚀性介质的通过，从而本申请的复合涂层可以在高温、酸性和高电势条件下（E
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ph）稳定存在，从而提高双极板的耐腐蚀性、稳定性以及使用寿命。且掺杂氧化物中含有非贵金属，其能够保证双极板的导电性能，进而得到综合性能优异的双极板。
[0019]在一些实施方式中，第一非贵金属包括Ti、Nb、Ta和Hf中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合涂层，所述复合涂层用于覆设在水电解装置双极板表面，其特征在于，包括：底层，所述底层覆设在所述双极板表面，所述底层的材质包括第一非贵金属；覆设在所述底层表面的增强层，所述增强层的材质包括掺杂氧化物A
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B，其中，A为第二非贵金属氧化物，B为至少一种的掺杂组分，所述A与B通过化学键连接；所述底层与所述增强层之间设置有界面层，所述界面层的材质包括第三非贵金属和第四非贵金属氧化物。2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层的厚度为200nm~15μm。3.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述增强层包括如下特征（1）~（9）中的至少一种：（1）所述第二非贵金属包括Ti、Nb、Ta和Hf中的至少一种；（2）所述第一非贵金属与第二非贵金属相同；（3）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，其中，所述第五非贵金属和第六非贵金属均与第二非贵金属不同；（4）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，所述第五非贵金属Ti、Nb、Ta和Hf中的至少一种；（5）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，所述第五非贵金属在所述增强层中的摩尔占比小于等于80%；（6）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，所述非金属包括S、F、N和P中的至少一种；（7）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，所述非金属在所述增强层中的摩尔占比小于等于30%；（8）所述B包括第五非贵金属、非金属和第六非贵金属氧化物中的至少一种，所述第六非贵金属氧化物包括含有Ti、Nb、Ta和Hf中的至少一种的氧化物；（9）所述增强层的厚度为100 nm~2000nm。4.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述增强层的材质包括Ti
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Nb2O5、Nb
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TiO2、Ta
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TiO2、Ta
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Nb2O5、Nb
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Ti4O7、Ta
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Ti4O7、Ti
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Ta
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Nb2O5、Ta
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Nb
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TiO2、Ti
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅昊，毕飞飞，姜天豪，胡鹏，蓝树槐，
申请(专利权)人：上海治臻新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：