[实用新型]一种金属双极板以及燃料电池

说明书

本实用新型是关于一种金属双极板以及燃料电池，涉及燃料电池领域。主要采用的技术方案为：金属双极板包括金属基板和交替涂层。交替涂层沉积在金属基板上；交替涂层包括至少两个依次沉积的单元涂层，且每个单元涂层包括过渡涂层和第一导电涂层。过渡涂层与金属基板的结合力大于第一导电涂层与金属基板的结合力。交替涂层中的一个单元涂层为第一单元涂层；第一单元涂层中的过渡涂层与金属基板接触。一种燃料电池包括上述的金属双极板。本实用新型主要用于提高金属双极板的耐腐蚀性、导电性、提高涂层与金属基板的结合力、延长金属双极板使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属双极板以及燃料电池。

背景技术

双极板是PEMFC电堆的最关键部件之一，其成本在电堆的成本中占35％左右。双极板主要用于传递电子、传递热量、收集气体、分割单电池等。因此，开发具有高导电导热性，低气体渗透率，高机械强度，高耐腐蚀性，易于加工流道等特点的材料是目前双极板研究的主要目标。

金属材质的双极板(尤其是不锈钢材料)以其优良的导电导热性、易于加工成型、成本低等特点，赢得诸多学者的关注。但是，金属材质的双极板的表面会生成导电性较差的氧化层，同时在电堆的工作环境下易发生腐蚀。并且，金属腐蚀产生的金属离子经扩散后，进入膜电极后，会使质子交换膜的电导率下降，甚至还会使催化剂中毒，从而对电池性能产生非常不利的影响。

目前，金属双极板的主要制备方法是采用物理气相沉积法在金属基板上沉积涂层。如，第一种现有技术的金属双极板是在不锈钢基板的表面沉积一层金属氮化物。第二种现有技术的金属双极板是在金属基板上沉积非晶碳膜或石墨烯膜涂层。

但是，上述提及的现有技术至少存在如下技术问题：

(1)上述提及的第一种现有技术的金属双极板在长期工作后，其腐蚀问题还是比较明显。

(2)上述提及的第二种现有技术虽然在一定程度上可以提高耐腐蚀性；但是，整体涂层与金属基板的结合力较差，长期使用涂层会脱落。

(3)由于物理气相沉积的固有特点，会使涂层的内部及表面均存在针孔，腐蚀介质通过针孔进入膜层内部达到金属基体，腐蚀基体。虽然，现有技术也对针孔缺陷提出了修复方案，但是现有的修复方案只能封闭耐腐蚀涂层表面的孔隙，对耐腐蚀涂层内部孔隙的封闭能力有限。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种金属双极板以及燃料电池，主要目的在于提供一种耐腐蚀性良好、涂层不易脱落、导电性良好的金属双极板。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

一方面，本实用新型的实施例提供一种金属双极板，其中，所述金属双极板包括：

金属基板；

交替涂层，沉积在所述金属基板上；其中，所述交替涂层包括至少两个依次沉积的单元涂层，且每个所述单元涂层包括过渡涂层和第一导电涂层；

其中，所述过渡涂层与所述金属基板的结合力大于所述第一导电涂层与所述金属基板的结合力；

其中，所述交替涂层中的一个单元涂层为第一单元涂层；所述第一单元涂层中的过渡涂层与所述金属基板接触。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，所述过渡涂层为金属氮化物涂层，所述金属氮化物涂层为TiCrN涂层；和/或所述第一导电涂层为石墨涂层；和/或所述第一单元涂层中的过渡涂层的厚度为20～200nm；在所述交替涂层中，除了所述第一单元涂层之外的其他单元涂层为第二单元涂层；其中，所述第二单元涂层中的过渡涂层的厚度为1～50nm；优选的，所述第一导电涂层的厚度为1～50nm。