[发明专利]燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层及制备

权利要求书

1.一种燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层，其特征在于，该复合涂层由金属极板表面向上依次设置的纳米导电金属氧化物层、碳化物层组成；纳米导电金属氧化物层降低金属极板表面化学活性，提高金属极板在环境介质中的稳定性，同时纳米导电金属氧化物层避免孔洞缺陷，阻挡酸性离子扩散，起到良好的防腐蚀性能，碳化物层平整致密，导电性好，与气体扩散层物性相容性好，可显著降低接触电阻；

所述的纳米导电金属氧化物层为金属层和金属氧化物层周期交替涂层，所述的金属氧化物层中的金属氧化物包括TiO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、IrO₂、MoO₂、HfO₂或Ta₂O₅；所述的金属氧化物层还包括非金属元素掺杂金属氧化物层或非计量金属氧化物层，所述的非金属元素包括氮、氟或硼；

所述的碳化物层为碳化物的纳米结构层，其中，碳化物为类石墨、掺杂金属元素的类石墨、金属碳化物中的两种以上混合物。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层，其特征在于，所述的掺杂金属元素的类石墨为金属原子弥散在碳网络结构中形成，根据金属与碳化物结合能力的强弱分为强碳化物、中碳化物和弱碳化物，所述的强碳化物中的金属包括Ti、Co或W，所述的中碳化物中的金属包括Cr、Ni或Mo，所述的弱碳化物中的金属包括Al、Cu、Au或Ag。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层，其特征在于，所述的金属极板与纳米导电金属氧化物层之间增加柔性金属过渡层，该柔性金属过渡层为金属极板与纳米导电金属氧化物层中成分金属混合层，以减小物理性能差异，增强金属极板与纳米导电金属氧化物层的结合力；

所述的纳米导电金属氧化物层与碳化物层之间增加金属过渡层，该金属过渡层为纳米导电金属氧化物层与碳化物层成分金属混合，以增强金属氧化物与碳化物的相容性。

4.一种如权利要求1所述的燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)金属极板表面预处理；

(2)沉积纳米导电金属氧化物层；

(3)沉积碳化物层；

步骤(1)所述的金属极板表面由冲压成形形成微流道，作为通入反应气体的通道；金属极板材料为不锈钢、铝合金、镁合金或钛合金，金属极板厚度为0.05-2mm，预处理包括将金属极板采用超声清洗、磁控溅射法、多弧离子镀中的一种或两种方法进行清洗；

步骤(2)和步骤(3)所采用的沉积法包括磁控溅射法、多弧离子镀、电子束蒸发法、溶胶凝胶法、等离子加强的化学气相沉积。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池金属极板用碳化物和金属氧化物复合涂层的制备方法，其特征在于，复合涂层总厚度为0.5-5μm，步骤(1)和步骤(2)之间沉积柔性金属过渡层，厚度为5-50nm，步骤(2)沉积纳米导电层厚度为10-500nm，步骤(2)和步骤(3)之间沉积金属过渡层，厚度为5-50nm，步骤(3)沉积碳化物层厚度为500nm-5μm。