[发明专利]一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池

权利要求书

1.一种金属双极板，其特征在于，所述金属双极板包括：

金属基板；

Cu纳米层，所述Cu纳米层沉积在所述金属基板上；

石墨烯层，所述石墨烯层制备在所述Cu纳米层上；所述石墨烯层原位生长在所述Cu纳米层上；所述石墨烯层的总厚度为0.2-1.0nm；所述石墨烯层为偏压等离子体化学气相沉积涂层；

非晶碳膜，所述非晶碳膜沉积在所述石墨烯层上；所述非晶碳膜为偏压等离子体化学气相沉积涂层。

2.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，在所述石墨烯层和非晶碳膜之间具有过渡部分；其中，所述过渡部分的成分包括石墨烯和非晶碳。

3.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，

所述Cu纳米层为物理气相沉积涂层；和/或

所述非晶碳膜的厚度为50nm-10μm；和/或

所述Cu纳米层的厚度为20～2000nm；和/或

所述石墨烯层的层数为1-3层。

4.根据权利要求3所述的金属双极板，其特征在于，所述Cu纳米层为多弧离子镀沉积涂层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的金属双极板，其特征在于，

所述金属双极板的涂层结合力为45-50N；和/或

所述金属双极板的接触电阻为0.8-1.1mΩ·cm²；和/或

所述金属双极板的腐蚀电位为305-345mV；和/或

所述金属双极板的腐蚀电流为1.0×10^-9-1.0×10^-8A/cm²。

6.权利要求1-5任一项所述的金属双极板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

预处理，对所述金属基板进行预处理；

沉积Cu纳米层，在所述金属基板上沉积Cu纳米层；

退火处理，将沉积Cu纳米层的金属基板加热至设定温度，保温设定时间后，退火冷却；其中，设定温度为850-950℃，设定时间为30-120min；

制备石墨烯层，在Cu纳米层上制备石墨烯层；采用偏压等离子体化学气相沉积法在Cu纳米层上原位生长石墨烯层；所述制备石墨烯层的步骤，包括：将金属基板放置在真空室中，将真空室的真空度抽至3×10^-3～5×10^-3Pa；通入稀释气体，将真空室内的气压维持在0.8-1.0KPa；开启等离子体电源，使稀释气体起辉，电离产生等离子体；通入碳源气体，将真空室内的气压调节在3-5KPa，在Cu纳米层上沉积石墨烯层；所述稀释气体选用氢气；所述稀释气体的通入量为450-550sccm；碳源气体选用甲烷和/或乙炔；所述碳源气体的通入量为5-10sccm；在所述制备石墨烯层的步骤中，沉积时间3-20min；在所述制备石墨烯层的步骤中，金属基板的温度为450-750℃；

沉积非晶碳膜：采用偏压等离子体化学气相沉积法在石墨烯层上沉积非晶碳膜。

7.根据权利要求6所述的金属双极板的制备方法，其特征在于，所述预处理包括如下步骤：

第一次预处理：对金属基板依次进行除油处理、抛光处理、清洗处理、干燥处理；

第二次预处理：对金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理；

其中，采用偏压磁控多弧离子镀膜设备对所述金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理。

8.根据权利要求7所述的金属双极板，其特征在于，所述第二次预处理的步骤，包括：

将金属基板送入真空室后，将真空室的真空度抽至1×10^-3～5×10^-3Pa；将金属基板加热至150～300℃；向所述真空室中通入惰性气体或氮气，将所述真空室的气压维持在0.05-1Pa；在-200～-1000V的偏压下，对金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理3-15min。

9.根据权利要求6所述的金属双极板的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积法在所述金属基板上沉积Cu纳米层。