[发明专利]一种导电疏水涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种导电疏水涂层，包括连接层、导电耐蚀层和导电部，所述连接层分布在所述基材上表面，所述导电耐蚀层分布在所述连接层上表面，所述导电部为颗粒状，其嵌入所述导电耐蚀层中，使所述涂层表面形成凸起结构，且所述凸起结构的面积占所述涂层上表面面积的比例为60％～99％。本发明提供的导电疏水涂层，通过设置颗粒状的导电部，增加导电耐蚀材料的接触面积，从而增强了涂层的导电耐蚀性能。导电部嵌在耐蚀层中，不易因摩擦而脱落，增加了涂层的耐磨性。导电部在涂层表面形成凸起结构，使涂层具体疏水性能，有利于燃料电池工作中生成产物水的快速排出，利于系统水管理，提升电池性能、延长使用寿命。

技术领域：

本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池双极板的导电疏水涂层及其制备方法。

背景技术：

燃料电池是一种新型能源，它可以将氢能直接转化为电能。由于其具有启动快、工作温度相对较低、对各种环境反应迅速、无污染、能效高等优点，在新能源汽车、固定以及便携式电源方面有着很好的应用前景。理想的双极板要求具有较高的耐腐蚀性、导电性和低成本等，而目前针对双极板涂层性能的改进方法工艺都较为复杂，增大了涂层制备的成本。

此外，燃料电池在工作中会生成水，若生成的水无法顺利排出，就会在流道槽底聚集，形成水淹，使反应物和反应产物进入出反应区域的通道被占据，从而影响燃料电池的性能和使用寿命。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供一种导电疏水涂层。

本发明的技术方案是这样实现：一种导电疏水涂层，包括连接层、导电耐蚀层和导电部，所述连接层分布在基材上表面，所述导电耐蚀层分布在所述连接层上表面；所述导电部为颗粒状，其嵌入所述导电耐蚀层中，使所述涂层的上表面形成凸起结构，且所述凸起结构的面积占所述涂层上表面面积的比例为60％～99％。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述导电部的材料为非晶态的钛合金，所述钛合金中掺杂选自于由铌、铬、钽、铜、铪、锆、钒、硅、硼、铱以及钌所组成的群组中的至少一种元素；当所述钛合金掺杂不超过4种所述元素时，钛含量为99at％-90at％；当所述钛合金掺杂五种或五种以上所述元素时，其掺杂的各所述元素的原子百分含量相等。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述导电耐蚀层分为第一导电耐蚀层和第二导电耐蚀层；所述第一导电耐蚀层的材料为A和B的混合物，A为一氧化钛或二氧化钛，B选自于由二氧化硅、五氧化二铌、二氧化钌以及三氧化二铬所组成的群组；所述第二导电耐蚀层的材料为非晶碳或非晶碳掺杂选自于由铂、金、钌、铱以及银所组成的群组中的至少一种元素，其中A在混合物中的质量比为80％～95％；所述导电部嵌在所述第一导电耐蚀层和所述第二导电耐蚀层中，并使所述涂层的上表面形成凸起结构。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述第一耐蚀层的厚度为20-200nm，采用电化学工作站进行动电位极化测试，其腐蚀电位为0.3-0.6V，腐蚀电流密度低于0.05μA/cm²，与碳纸的接触电阻低于5mΩ·cm²。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述第二耐蚀层的纳米硬度为20-50GPa。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述第二耐蚀层的厚度为20-200nm，采用电化学工作站进行动电位极化测试，其腐蚀电位为0.3-0.6V，腐蚀电流密度低于0.1μA/cm²，与碳纸的接触电阻低于1mΩ·cm²。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述连接层的材料为镍合金，所述镍合金中掺杂选自于由铁、铬、银以及钯所组成的群组中的至少一种元素，所述镍合金中镍含量为50at％-99at％，所述连接层的厚度为20-200nm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括，所述导电部的高度为100-500nm。