CN110061257A - 用于pemfc的金属基双极板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于PEMFC的金属基双极板，所述金属基双极板包括金属双极板基底，以及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层可以保护金属基双极板在PEMFC使用环境中腐蚀电流小于1μA/cm2，与相邻气体扩散层部件的接触电阻低于10mΩcm2，均达到双极板商用化技术要求。含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的金属基双极板综合性能好、成本低廉、加工简单易行、适合大批量生产，具有很大实用化价值。

Description

用于PEMFC的金属基双极板及其制备方法
技术领域
本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，尤其涉及一种用于PEMFC的金属基双极板及其制备方法。
背景技术
化石燃料的大量使用使全球面临严重的能源危机和环境污染问题，因此亟需开发和利用新能源和新能源材料。燃料电池是一种将燃料中的化学能通过电化学方法直接转化成电能的装置，是继火电、风电、核电之后的第四代发电技术，具有高效、清洁的特点，越来越受到世界各国政府及产业界关注。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料的化学能直接转化成电能的装置，具有零排放、工作温度低、高效率和功率密度高(功率密度可达3kW/L)等优点，远高于锂电池、镍氢电池等二次电池，能弥补目前新能源汽车续航能力不足，被视为理想的电动汽车动力源，在电动汽车及备用电源具有巨大应用潜力。
PEMFC一般以H2为反应气体，空气为氧化剂，反应的原理如下：
阳极发生反应：H2→2H++2e-
阴极发生反应：O2+4H++4e-→2H2O
总反应：2H2+O2→2H2O
双极板是PEMFC重要组成部件之一，占据整个电堆质量的80％和成本的30％。双极板在电堆中起着重要的作用，不仅为电堆提供结构支撑、收集电流、分隔反应气体，而且双极板流道将燃料气体和氧气分配到整个活性区域，并有助于电堆的水管理和热管理，所以双极板的性能直接影响到电堆的整体的性能。目前双极板大致分为石墨双极板、复合双极板、金属双极板三类。
石墨因为具有良好的化学稳定性、导电性被最早用来作为双极板材料，但是石墨双极板的成型工艺比较复杂，而且为了保持一定的气体致密性和机械强度，石墨双极板往往需要做成几个毫米厚，这使电堆具有较大的体积，从而使电堆具有较低的体积功率密度，这往往不能满足电动汽车对电堆的需求。
随着工艺的不断改进，采用石墨和聚合物组成的复合双极板也可以满足双极板的要求，即将石墨粉和导电有机物的混合，通过热压的工艺形成复合双极板，制成具有一定强度和气密性的双极板，但问题是导电性和导热性能会受到影响，还需要进一步探索工艺来达到各个性能之间平衡。
金属材料尤其是不锈钢由于具有良好的气密性、延展性、导电性和导热性和较高的机械强度，可以作为双极板材料，而且便于加工和批量生产，可以大大降低双极板成本，但是目前阻碍金属双极板工业化的障碍是，金属包括不锈钢材料在PEMFC的酸性电解质如全氟磺酸电解质和电化学环境中容易腐蚀，溶解的金属阳离子不仅会降低质子交换膜的质子传输能力和化学稳定性，而且会导致催化剂中毒从而影响电堆的输出功率。除此之外，金属双极板氧化之后会在双极板表面生成不导电的金属氧化层，增大双极板与气体扩散层之间的界面接触电阻，从而降低电堆的输出功率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于PEMFC的金属基双极板及其制备方法，旨在解决现有的以金属为双基板材料的PEMFC中，金属材料在酸性电解质如全氟磺酸电解质和电化学环境中容易腐蚀，从而降低PEMFC功率输出和使用寿命的问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种用于PEMFC的金属基双极板，所述金属基双极板包括金属双极板基底，以及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层的材料为碳化钼，且所述碳化钼的成分为Mo2-xC，其中，x的取值范围满足：0≤x≤1.8。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层的材料为掺杂碳化钼，所述掺杂碳化钼中含有Ti、Cr、W、Nb、Zr掺杂元素中的至少一种。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层的材料为氮掺杂的碳化钼。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层的厚度为0.3-5微米。
优选的，在所述金属双极板基底和所述耐腐蚀导电涂层之间设置过渡层。
优选的，所述过渡层为Cr、Mo、Ni、Ti、Nb中的一种或两种形成的材料层。
优选的，所述过渡层的厚度为30纳米-3微米。
以及，一种用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，包括以下步骤：
提供金属双极板基底，将所述金属双极板基底进行表面处理；
在经过表面处理后的所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层采用磁控溅射方法制备获得，具体包括以下步骤：
在溅射腔内安装耐腐蚀导电材料靶材和待沉积的金属双极板基底；
用机械泵将溅射腔内真空度抽到1Pa以下后，打开分子泵待磁控溅射的真空度达到10-4Pa；
通入氩气，同时旋转所述金属双极板基底，采用氩离子轰击金属基底表面后，在功率为100-1000W、电压为100-800V、金属双极板基底的温度为100-500℃的条件下，在所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
本发明提供的用于PEMFC的金属基双极板，及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层可以保护金属基双极板耐酸腐蚀及耐氧化的作用，使其在PEMFC使用环境中腐蚀电流小于1μA/cm2；同时，含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层具有高的电子导电性，可改善与相邻部件的界面电导，使得碳化钼耐腐蚀导电涂保护的金属基双极板与相邻气体扩散层部件的接触电阻低于10mΩcm2，保证燃料电池高性能及功率输出，使金属基双极板达到双极板商用化技术要求。含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的金属基双极板综合性能好、成本低廉、加工简单易行、适合大批量生产，具有很大实用化价值。
本发明提供的用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，只需在传统的金属双极板基底表面沉积一层含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层即可，方法简单，更重要的是，制备得到的含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的金属基双极板综合性能好、成本低廉、加工简单易行、适合大批量生产，具有很大实用化价值。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的未镀碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L裸板的表面SEM照片；
图2是本发明实施例1提供的已沉积碳化钼耐腐蚀导电涂层的316L双极板的表面SEM照片；
图3是本发明实施例1提供的不同厚度的碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板的自腐蚀电位及自腐蚀电流密度测试结果图；
图4是本发明实施例1提供的不同厚度碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板样品在0.5M H2SO4+2ppm HF溶液中的恒电位极化曲线图；
图5是本发明实施例1提供的不同厚度碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板与东丽碳纸气体扩散层的接触电阻与装配压力关系图；
图6是本发明实施例2提供的加过渡层和不加过渡层的金属基双极板动电位极化曲线图；
图7是本发明实施例2提供的加Cr过镀层与未加Cr过渡层的碳化钼镀层不锈钢双极板的恒电位极化曲线图；
图8是本发明实施例2提供的加Cr过镀层和未加Cr过渡层涂层的碳化钼镀层不锈钢双极板与东丽碳纸气体扩散层在不同装配压力下的界面接触电阻。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例一方面提供一种用于PEMFC的金属基双极板，所述金属基双极板包括金属双极板基底，以及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。
本发明实施例提供的用于PEMFC的金属基双极板，及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层可以保护金属基双极板耐酸腐蚀(抵挡PEMFC酸性环境的侵蚀)及耐氧化的作用，使其在PEMFC使用环境中腐蚀电流小于1μA/cm2；同时，含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层具有高的电子导电性，可改善与相邻部件的界面电导，使得碳化钼耐腐蚀导电涂保护的金属基双极板与相邻气体扩散层部件的接触电阻低于10mΩcm2，保证燃料电池高性能及功率输出，使金属基双极板达到双极板商用化技术要求。含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的金属基双极板综合性能好、成本低廉、加工简单易行、适合大批量生产，具有很大实用化价值。
作为一种优选实施方式，所述耐腐蚀导电涂层的材料为碳化钼，且所述碳化钼的成分为Mo2-xC，其中，x的取值范围满足：0≤x≤1.8。此时，Mo2-xC结构的碳化钼沉积在所述金属双极板基底表面，可以有效抵挡PEMFC酸性环境的侵蚀，避免金属双极板基底溶解形成的金属阳离子对质子交换膜的质子传输能力和化学稳定性的影响；同时，所述碳化钼可以防止金属双极板基底表面发生氧化，降低金属基双极板与气体扩散层之间的界面接触电阻，从而保证电堆较高的输出功率。
作为另一种优选实施方式，所述耐腐蚀导电涂层的材料为掺杂碳化钼，所述掺杂碳化钼中含有Ti、Cr、W、Nb、Zr掺杂元素中的至少一种。所述掺杂碳化钼也具有一定的防止金属基双极板酸腐蚀及表面氧化的作用。
作为再一种优选实施方式，所述耐腐蚀导电涂层的材料为氮掺杂的碳化钼，本发明实施例所指的氮掺杂的碳化钼又称为碳氮化钼、氮碳化钼，或者碳化钼和氮化钼的混合物。相对于所述碳化钼，所述氮掺杂的碳化钼可以更好地防止金属基双极板表面氧化。
作为又一种优选实施方式，所述耐腐蚀导电涂层的材料为Mo2-xC结构的碳化钼、所述掺杂碳化钼(含有Ti、Cr、W、Nb、Zr掺杂元素中的至少一种)、氮掺杂的碳化钼中的一种或多种复合形成的复合材料涂层。当采用复合材料形成涂层时，各材料的比例没有严格限定，可以任意搭配。
作为最优选实施例，所述耐腐蚀导电涂层的材料为碳化钼，且所述碳化钼的成分为Mo2-xC，其中，x的取值范围满足：0≤x≤1.8。在金属双极板基底上施加碳化钼涂层，该涂层在PEMFC操作使用环境中能够有效保护金属双极板基底耐酸腐蚀及耐氧化作用，同时具有高的电子导电性，可改善与相邻部件的界面电导，保证燃料电池高性能及功率输出。
本发明实施例中，优选的，所述耐腐蚀导电涂层的厚度为0.3-5微米，具体的，所述耐腐蚀导电涂层的厚度可为0.3μm、0.5μm、0.7μm、1μm、2μm、2.5μm、3μm、4μm、5μm等具体厚度。在此厚度范围内，所述耐腐蚀导电涂层的厚度越厚，对金属双基板基底的耐腐蚀性能和抗氧化性能越好，相较于没有设置耐腐蚀导电涂层的金属双极板基底，本发明实施例所述金属基双极板的自腐蚀电位向正电位移动，自腐蚀电流密度降低。若所述耐腐蚀导电涂层的厚度过厚，不仅会增加产品成本，而且会大幅增加耐腐蚀导电涂层的沉积时长，影响产品制备效率。更优选的，所述耐腐蚀导电涂层的厚度为0.3-2微米。
优选的，在所述金属双极板基底和所述耐腐蚀导电涂层之间设置过渡层，用于减缓含碳化钼的耐腐蚀导电涂层特别是碳化钼涂层与金属双极板基底的应力、增强附着结合，同时，进一步提高双极板的耐腐蚀性以及与相邻部件的界面导电性。本发明实施例用作过渡层的材料需要与金属双极板基底、与耐腐蚀导电涂层材料特别是碳化钼材料具有较好的结合力。优选的，所述过渡层为Cr、Mo、Ni、Ti、Nb中的一种或两种形成的材料层。即所述过渡层可以为Cr金属层、Mo金属层、Ni金属层、Ti金属层、Nb金属层，以及Cr、Mo、Ni、Ti、Nb中的两种或两种以上行程的合金层。优选的上述过渡层材料，与金属双极板基底、与耐腐蚀导电涂层材料特别是碳化钼材料具有较好的结合力，同时，上述过渡层材料本身还具备一定的耐腐蚀性，可以进一步增加金属基双极板的耐腐蚀性能，从而可以有效抵挡PEMFC酸性环境的侵蚀，避免金属双极板基底溶解形成的金属阳离子对质子交换膜的质子传输能力和化学稳定性的影响。此外，优选的上述过渡层材料，本身具有较高的电导率，可以提升金属基双极板与相邻部件的界面导电性。特别的，优选为Mo作为过渡层材料，其与基底具有更好的相容性，具有最佳的“减缓碳化钼涂层与金属基底之间的应力、增强涂层附着结合力，提高双极板的耐腐蚀性以及与相邻部件的界面导电性”的效果。
优选的，所述过渡层的厚度为30纳米-3微米，具体可为30nm、50nm、0.1μm、0.3μm、0.6μm、1μm、2μm、3μm等厚度。厚度过厚会增加制备成本，降低制备效率。进一步优选的，所述过渡层的厚度为纳米级厚度，具体可为30-1000纳米。
本发明实施例中，所述金属双极板基底可以采用常规金属材料的金属双极板基底，具体包括但不限于316、316L或其他牌号不锈钢或铁基合金，也可为Al、Ti、Cu，或者Al基、Ti基或Cu基合金。
本发明实施例所述用于PEMFC的金属基双极板，可以通过下述方法制备获得。
相应的，本发明实施例提供了一种用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，包括以下步骤：
S01.提供金属双极板基底，将所述金属双极板基底进行表面处理；
S02.在经过表面处理后的所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
本发明实施例提供的用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，只需在传统的金属双极板基底表面沉积一层含有碳化钼的耐腐蚀导电涂层即可，方法简单，更重要的是，制备得到的含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的金属基双极板综合性能好、成本低廉、加工简单易行、适合大批量生产，具有很大实用化价值。
具体的，上述步骤S01中，所述金属双极板基底的选择类型如前文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。
在金属双极板基底沉积耐腐蚀导电材料前，需要将所述金属双极板基底进行表面处理。所述表面处理可以是采用打磨抛光进行预处理使表面平整化，以提高耐腐蚀导电材料的附着性能；也可以是使用丙酮溶液、去离子水超声清洗及氮气吹干，去除表面的氧化层、油渍等污染物。具体优选的，先采用打磨抛光进行预处理，然后使用丙酮溶液、去离子水超声清洗及氮气吹干，去除表面的氧化层、油渍等污染物，表面光洁平整，增加涂层与基体的结合力，获得更好的涂层性能。
作为具体优选实施例，所述表面处理的方法为：将金属双极板基底逐级使用No600,800,1200,1500水砂纸打磨平整，至表面无明显划痕；再使用金刚石抛光液在绒毛布上将打磨后的金属基体材料抛光处理；最后用丙酮、酒精、去离子水超声清洗20min用压缩空气或氮气吹干，由此获得耐腐蚀导电材料附着性能最佳的金属双极板基底表面。
上述步骤S02中，本发明实施例耐腐蚀导电材料的选择对应前文耐腐蚀导电层的材料，为了节约篇幅，此处不再赘述。
在经过表面处理后的所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，可以采用溅射沉积方法、脉冲激光沉积、蒸镀、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、涂覆等技术制备所述耐腐蚀导电涂层。优选的，通过磁控溅射方法在所述金属双极板基底上进一步沉积含碳化钼的耐腐蚀导电涂层，由此得到的涂层表面均匀、致密、无缺陷。
优选的，所述耐腐蚀导电涂层采用磁控溅射方法制备获得，具体包括以下步骤：
S021.在溅射腔内安装耐腐蚀导电材料靶材和待沉积的金属双极板基底；
步骤S021中，所述耐腐蚀导电材料靶材可以直接采用碳化钼靶材溅射碳化钼涂层，或者由石墨靶和金属钼靶溅射沉积碳化钼涂层，或者采用气体碳源及钼金属靶在金属基底上溅射沉积碳化钼涂层。采用碳源性气体及金属钼靶材溅射沉积时，可采用甲烷、乙炔等碳源气体，其中，碳源气体流量40-400SCCM。
作为一个具体实施例，靶材规格直径4-8英寸，靶材加背板厚度5-10mm。
S022.用机械泵将溅射腔内真空度抽到1Pa以下后，打开分子泵待磁控溅射的真空度达到10-4Pa；
S023.通入氩气，同时旋转所述金属双极板基底，采用氩离子轰击金属基底表面后，在功率为100-1000W、电压为100-800V、金属双极板基底的温度为100-500℃的条件下，在所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
步骤S023中，氩气流量优选为40-400SCCM。其中，所述金属双极板基底的温度设置为100-500℃，更优选为100-400℃，使得耐腐蚀导电材料更好地在所述金属双极板基底表面扩散，且形成的涂层缺陷少，涂层均匀，结晶性好，与金属双极板基底的结合力强，不易脱落。
本发明实施例中，采用氩离子轰击金属基底表面的时间2-20min，沉积耐腐蚀导电材料的时间为15-150min。
进一步优选的，在所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料之前，包括在金属双极板基底表面制备过渡层，以减缓耐腐蚀导电涂层与金属双极板基底之间的应力、增强之间的结合，所述过渡层的材料选择如前文所述。所述过渡层优选通过磁控溅射或电镀工艺制备，具有结构均匀、致密、无针孔等优点。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种用于PEMFC的金属基双极板，所述金属基双极板包括不锈钢316L双极板基底，以及在所述不锈钢316L双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层为碳化钼耐腐蚀导电涂层。碳化钼耐腐蚀导电涂层的厚度分别为375nm、741nm、1052nm。
将得到的3个样品在0.5M H2SO4+2ppm HF溶液中，测试动电位扫描极化曲线，扫描电压的范围相对于饱和甘汞电极电位为-0.5V～-0.9V，扫描速度为1mV/s，同时也在相同条件下对未镀碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L进行了对比测试。另外，对不同厚度碳化钼镀层不锈钢316L双极板样品，在0.5M H2SO4+2ppm HF溶液中测试了恒电位极化曲线。电极电位为-0.1V vs.SCE，极化时间为2小时。
未镀碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L裸板和已镀碳化钼耐腐蚀导电涂层的316L双极板的表面SEM照片分别如图1、图2所示。由图1、图2可以看出，制备碳化钼耐腐蚀导电涂层的表面平整、致密性、均一性良好，无孔洞、微裂纹等缺陷，碳化钼耐腐蚀导电涂层的生长完全覆盖了不锈钢基体表面打磨产生的原有微划痕，使涂层表面更平滑，这保证了镀层不锈钢板耐腐蚀性好、接触电阻低的较好性能。
不同厚度的碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板的自腐蚀电位及自腐蚀电流密度测试结果如图3和表1所示，图3中，纵坐标表示电流密度。
表1
由图3和表2可见，未镀碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板(图中视为Bare SS)的自腐蚀电位为-0.283V，自腐蚀电流密度为5.9*10-4A/cm2，而含有碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢双极板的自腐蚀电位明显向正电位移动，且腐蚀电流密度显著减小。随着镀层厚度的增加，腐蚀电位向正电位偏移变大，自腐蚀电流密度降低，相较于裸板低2-3个数量级，明显改善了不锈钢双极板板的耐腐蚀性能。
图4所示为不同厚度碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢316L双极板样品在0.5MH2SO4+2ppm HF溶液中的恒电位极化曲线图，图4中，纵坐标表示电流密度，横坐标表示时间。由图可见，碳化钼耐腐蚀导电涂层双极板腐蚀电流密度明显下降，达到2*10-7数量级，相较于未镀层不锈钢316L双极板，耐腐蚀性能提升了2个数量级。且随着镀层厚度的增加，恒电位测量的腐蚀电流越来越小，达到商业化双极板技术要求。
图5是不同镀层厚度的碳化钼耐腐蚀导电涂层不锈钢316L双极板与东丽碳纸气体扩散层的接触电阻与装配压力关系图，图5中，纵坐标表示接触电阻，横坐标表示压力。对界面接触电导起决定性因素的是试样表面的化学成分对应的导电性以及试样的表面形貌，所以涂层性能尤为重要。由图可以看出，碳化钼耐腐蚀导电涂层的不锈钢双极板的接触电阻明显小于未镀层样品的接触电阻，说明镀层材料改善了不锈钢316L的界面接触电阻。随着镀层厚度的增加，界面接触电阻降低，在210N/cm2的压力下接触电阻为7mΩ·cm2。
实施例2
一种用于PEMFC的金属基双极板，所述金属基双极板包括不锈钢316L双极板基底，以及在所述不锈钢316L双极板基底表面设置的过渡层，在过渡层表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述过渡层为30-300nm的Cr中间过渡层，所述耐腐蚀导电涂层为碳化钼耐腐蚀导电涂层。碳化钼耐腐蚀导电涂层的厚度为1050nm。
测试其耐腐蚀性能和界面接触电阻，并对比包含过渡层Cr和不包含过渡层的碳化钼镀层双极板性能区别。在相同的电解质0.5M H2SO4+2ppm HF下，在相对于饱和甘汞电极-0.5～-0.9V的电位下进行扫描，扫描速率为1mv/s，测试加过渡层和不加过渡层的动电位极化曲线，加过渡层和不加过渡层的金属基双极板动电位极化曲线图如图6所示。图6中，纵坐标表示电流密度，横坐标表示电压。在相同的电解质0.5M H2SO4+2ppm HF下，在相对于饱和甘汞电极为参比电极为-0.1V的电压下测量恒电位极化曲线，加Cr过镀层与未加Cr过渡层的碳化钼镀层不锈钢双极板的恒电位极化曲线图如图7所示。图7中，纵坐标表示电流密度，横坐标表示时间。加Cr过渡层和未加Cr过渡层的碳化钼镀层不锈钢双极板自腐蚀电位和自腐蚀电流如表2所示。
表2
由测试结果发现，未加Cr过渡层的镀层样品的自腐蚀电位0.102V，加Cr过渡层的镀层样品的腐蚀电位为0.045V。虽然自腐蚀电位略有升高，但是含Cr过渡层双极板的自腐蚀电流密度仅为2.3*10-7A/cm2相比未加过渡层的双极板更低。这并不与自腐蚀电位相矛盾，因为自腐蚀电位只是表示材料被腐蚀的趋势大小，并不是腐蚀速率的大小。加Cr过渡层有利于降低基底不锈钢材料的腐蚀速率，这一点在恒电位极化曲线亦可以表现出来。未加过渡层的镀层样品在恒电位下，腐蚀电流密度稳定在3.0*10-7A/cm2，加过渡层的镀层样品的腐蚀电流密度稳定在2.1*10-7A/cm2。金属Cr过渡层增加了镀层和基体间的结合力，减少了镀层缺陷以及外界对基体腐蚀的概率，所以加过渡层的碳化钼镀层不锈钢双极板耐腐蚀性能更好。
图8为加Cr过镀层和未加Cr过渡层涂层的碳化钼镀层不锈钢双极板与东丽碳纸气体扩散层在不同装配压强下的界面接触电阻。图8中，纵坐标表示接触电阻，横坐标表示装配压强。由图8所知，加过镀层和未加过渡层镀层样品的界面接触电阻都小于10mΩcm2。其中在210N/cm2加压条件下，加过镀层Cr的镀层样品的界面接触电阻低至6.5mΩcm2，稍微优于未加过渡层镀层的界面接触电阻，主要是由于加过渡层使涂层和基体之间结合更紧、接触更充分，所以接触电阻更小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述金属基双极板包括金属双极板基底，以及在所述金属双极板基底表面设置的耐腐蚀导电涂层，且所述耐腐蚀导电涂层中含有碳化钼。
2.如权利要求1所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述耐腐蚀导电涂层的材料为碳化钼，且所述碳化钼的成分为Mo2-xC，其中，x的取值范围满足：0≤x≤1.8。
3.如权利要求1所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述耐腐蚀导电涂层的材料为掺杂碳化钼，所述掺杂碳化钼中含有Ti、Cr、W、Nb、Zr掺杂元素中的至少一种。
4.如权利要求1所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述耐腐蚀导电涂层的材料为氮掺杂的碳化钼。
5.如权利要求1-4任一项所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述耐腐蚀导电涂层的厚度为0.3-5微米。
6.如权利要求1-4任一项所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，在所述金属双极板基底和所述耐腐蚀导电涂层之间设置过渡层。
7.如权利要求6所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述过渡层为Cr、Mo、Ni、Ti、Nb中的一种或两种形成的材料层。
8.如权利要求6所述的用于PEMFC的金属基双极板，其特征在于，所述过渡层的厚度为30纳米-3微米。
9.一种用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供金属双极板基底，将所述金属双极板基底进行表面处理；
在经过表面处理后的所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
10.如权利要求9所述的用于PEMFC的金属基双极板的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀导电涂层采用磁控溅射方法制备获得，具体包括以下步骤：
在溅射腔内安装耐腐蚀导电材料靶材和待沉积的金属双极板基底；
用机械泵将溅射腔内真空度抽到1Pa以下后，打开分子泵待磁控溅射的真空度达到10- 4Pa；
通入氩气，同时旋转所述金属双极板基底，采用氩离子轰击金属基底表面后，在功率为100-1000W、电压为100-800V、金属双极板基底的温度为100-500℃的条件下，在所述金属双极板基底表面沉积耐腐蚀导电材料，制备耐腐蚀导电涂层。
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