【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涂层材料，具体为一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池以氢、氧为燃料将化学能转化为电能，具有转换效率高、零排放等优点。但是质子交换膜燃料电池需在高酸性、高电势和不利的氧化环境中工作，因此需要高稳定性的材料。双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件，在管理反应气体和产物、收集和传导电流等方面发挥着重要作用。金属钛和不锈钢被认为是替代传统石墨基双极板的理想基体材料。然而，由于钛和不锈钢表面氧化层的形成增加了双极板与气体扩散层之间的界面接触电阻，并且在60～80℃的潮湿酸性工作环境中，钛和不锈钢基板容易受到腐蚀。解决上述问题的有效方法是开发具有优异耐腐蚀性和高导电性的涂层。传统的涂层开发主要以经验和试错为主，研发效率低、过程复杂、可靠性低，这对于双极板性能的改进是不可取的，而且会导致研发成本的增高。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提出一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法。
2、为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法，包括如下步骤：
4、s1、构建不同双极板涂层模型，利用第一性原理分别对不同双极板涂层模型进行结构优化，获得优化后的不同双极板涂层模型；采用优化后的不同双极板涂层模型进行电子静态自洽计算得到包含能量信息的结果文件，将结果文件导入vaspkit程序进行处理后得到电导率；
5、
6、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，利用material studio软件构建所述模型，并导出晶胞结构模型文件。
7、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，构建包括含碳、氧、氮、铁、钴、镍、铜、铝、钛、铬、锆、铌、钽、锰、钨、铂元素的模型。
8、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，利用medea软件中的vasp 5.4进行结构优化、能量计算和结果分析。
9、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，采用广义梯度近似计算gga中的pbe势函数对模型中电子之间的交换关联能进行处理，采用pbe+u的方法对包括ti、fe、cr的磁性元素的d轨道进行修正。
10、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，利用玻尔兹曼输运理论，通过解析费米能级附近的电子输运性质来计算电子电导率；结果文件导入vaspkit程序，进行温度设置，使用命令得到数据q；提取在费米能级附近的q值，设置用于模拟的弛豫时间t，代入电导率计算公式得到所构建模型的电导率c。
11、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，电导率的计算公式如下：
12、c＝q·t
13、式中：c为计算模型的电导率，单位为s·m-1；
14、q为计算模型s·m-1·s-1；
15、t为弛豫时间，单位为s。
16、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：还包括，步骤s3、在双极板基体上制备步骤s2中设计的双极板涂层，并通过实验进行验证。
17、作为本专利技术所述的一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，验证采用常见导电性评估方法，例如界面接触电阻测试，以验证所设计双极板涂层的导电性。
18、本专利技术的有益效果如下：
19、本专利技术提出一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法，对所构建的模型进行第一性原理计算，基于玻尔兹曼输运理论得到所构建模型的电导率，通过对比所构建的模型电导率大小，预测所构建模型的导电性，提高对候选涂层成分的筛选效率，指导涂层成分以及结构设计，降低双极板涂层研发成本，安全可靠。
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1.一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用Material Studio软件构建所述模型，并导出晶胞结构模型文件。
3.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，构建包括含碳、氧、氮、铁、钴、镍、铜、铝、钛、铬、锆、铌、钽、锰、钨、铂元素的模型。
4.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用MedeA软件中的VASP 5.4进行结构优化、能量计算和结果分析。
5.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用广义梯度近似计算GGA中的PBE势函数对模型中电子之间的交换关联能进行处理，采用PBE+U的方法对包括Ti、Fe、Cr的磁性元素的d轨道进行修正。
6.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，利用玻尔兹曼输运理论，通过解析费米能级附近的
7.根据权利要求6所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，结果文件导入VASPKIT程序，进行温度设置，使用命令得到数据Q；提取在费米能级附近的Q值，设置用于模拟的弛豫时间t，代入电导率计算公式得到所构建模型的电导率C。
8.根据权利要求7所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中，电导率C的计算公式如下：
9.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，还包括，步骤S3、在双极板基体上制备步骤S2中设计的双极板涂层，并通过实验进行验证。
10.根据权利要求9所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤S3中，验证采用常见导电性评估方法，例如界面接触电阻测试，以验证所设计双极板涂层的导电性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，利用material studio软件构建所述模型，并导出晶胞结构模型文件。
3.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，构建包括含碳、氧、氮、铁、钴、镍、铜、铝、钛、铬、锆、铌、钽、锰、钨、铂元素的模型。
4.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，利用medea软件中的vasp 5.4进行结构优化、能量计算和结果分析。
5.根据权利要求1所述的基于模拟计算设计双极板涂层的方法，其特征在于，所述步骤s1中，采用广义梯度近似计算gga中的pbe势函数对模型中电子之间的交换关联能进行处理，采用pbe+u的方法对包括ti、fe、cr的磁性元素的d轨道进行修正。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：董超芳，常璐琦，罗谢景，丁英语，张久宏，李晓刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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