[发明专利]一种燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置镀膜室的靶材配置为一对Cr靶和一对Ta靶，并将Ta靶和Cr靶分别放置在镀膜设备的两端；S2、将燃料电池双极板的基底材料放入所述镀膜室中，采用等离子体增强磁控溅射技术进行真空镀膜，在所述燃料电池双极板的表面沉积CrN/TaN超晶格膜层。与现有技术相比，本发明充分结合氮化铬的耐腐蚀性、氮化钽的硬度和耐腐蚀性，复合后的多层膜在耐腐蚀性、韧性和耐磨性方面都有大幅提升，在表面制备的贵金属或非晶碳膜可以提供优异的导电性，从而可以满足燃料电池金属双极板的高导电耐蚀和长时间使用要求。

技术领域

本发明涉及染料电池技术领域，具体涉及燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器，它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高，转换效率可达到60％～80％。另外，燃料电池用燃料和氧气，同时没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。因此，作为一种清洁高效的发电技术，燃料电池得到企业及科研工作者的广泛关注。质子交换膜燃料电池可以用在分布式发电、车载动力系统等，是当前急需发展和突破的燃料电池。

燃料电池的主要结构组成有：阳极、阴极、电解质和双极板，其中双极板能够分隔氧化剂和还原剂，并提供气体的流动通道，同时还起着集流导电的作用，是燃料电池装置中造价最高的一部分。在如此苛刻的电解质环境中工作，需要双极板同时具有较高的耐腐蚀性和较低的电阻率。

目前用的最多的双极板材料主要有石墨和不锈钢两类。石墨双极板耐腐蚀性好，电阻率低，但是加工难度高导致成本高、良率低；另外，机械强度低，因而应用较少。不锈钢双极板成型方便，成本低，生产效率高，但是耐腐蚀性差，因此，本领域通常采用磁控溅射技术在不锈钢双极板上镀一些金属化合物涂层(如TiN涂层或CrN涂层等)来提高不锈钢双极板的导电性和耐腐蚀性。但是由于TiN膜层、CrN膜层本身耐腐蚀性的限制，不能很好地满足极端环境下长期工作时对耐腐蚀性的要求。

因此，推动燃料电池的产业化发展，急需一种生产成本较低，且可以制备高性能表面涂层的新型磁控溅射技术。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日前已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种新型等离子增强磁控溅射技术，在燃料电池双极板的暴露表面沉积超晶格CrN/TaN涂层，满足燃料电池双极板在使用过程中的低电阻率及高耐腐蚀性的要求。

本发明为达上述目的提出以下技术方案：

一种燃料电池双极板表面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1、设置镀膜室的靶材配置为一对Cr靶和一对Ta靶，并将Ta靶和Cr靶分别放置在镀膜设备的两端；

S2、将燃料电池双极板的基底材料放入所述镀膜室中，采用等离子体增强磁控溅射技术进行真空镀膜，在所述燃料电池双极板的表面沉积CrN/TaN超晶格膜层。

本发明基于等离子体增强磁控溅射技术，进行工艺改进使得耐腐蚀性能可大大提升。因此本发明可用在大规模的燃料电池金属双极板表面防护涂层的生产应用中。金属双极板可以为316L不锈钢或者钛合金。与现有技术相比，本发明充分结合氮化铬的耐腐蚀性、氮化钽的硬度和耐腐蚀性，复合后的多层膜在耐腐蚀性、韧性和耐磨性方面都有大幅提升，在表面制备的贵金属或非晶碳膜可以提供优异的导电性，从而可以满足燃料电池金属双极板的高导电耐蚀和长时间使用要求。

更进一步地，步骤S2具体包括：