CN110970626A

CN110970626A - 燃料电池双极板及其涂层

Info

Publication number: CN110970626A
Application number: CN201811135325.5A
Authority: CN
Inventors: 李骁
Original assignee: Wuhan Troowin Power System Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Troowin Power System Technology Co ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: CN110970626B

Abstract

本发明提供一种燃料电池双极板，其包括一个板体和复合涂层，其中该板体具有一个外表面，该复合涂层通过物理气相沉积工艺沉积在该板体的外表面，其中该复合涂层包括结合层、导电层和过渡层，其中该复合涂层的该结合层沉积在该板体的该外表面，该导电层沉积在该过渡层，该过渡层沉积形成在该结合层和该导电层之间，其中该板体由金属极板材料制成，该结合层由耐腐蚀材料制成，该导电层和该过渡层均由耐腐蚀材料和导电材料制成。

Description

燃料电池双极板及其涂层

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池双极板。更具体地，本发明涉及设置在燃料电池双极板的表面以改进其性能的涂层。

背景技术

燃料电池，如质子交换膜燃料电池等，可通过电化学反应，将燃料中的化学能直接转变成电能，其以氢气等为燃料，以氧气或空气为氧化剂，具有无污染、无噪声、可连续工作、功率密度高、响应迅速和使用寿命长等优点，在固定电站、电动车、军用电源等领域具有很大应用前景。

一般地，燃料电池(堆)由多个燃料电池单体组成，每个燃料电池单体包括一对双极板(阴极板和阳极板)。双极板是燃料电池的关键部件，其主要起分配反应物、收集并传导电流、分隔燃料和氧化剂、支撑燃料电池堆、排水散热等功能。为了满足上述要求，燃料电池双极板应具有良好的导电导热能力、耐腐蚀性、高机械强度和易于加工等特性。一般地，人们认为，理想的燃料电池双极板应满足行业普遍认可的标准，也即是，其面电阻小于0.01Ω﹒cm²，电导率大于100S/m，腐蚀电流小于1uA/cm²，抗冲击强度大于40.5J/m，热导率大于10W/(m﹒K)，热稳定区间在-40℃至120℃之间，拉伸强度大于41MPa，弯曲强度大于59MPa等。目前，人们发现的合适双极板材料有石墨、金属和导电复合材料等。石墨材料制成的双极板质地较脆、机械强度低、加工难度大、成本过高，难以大规模工业应用。金属或合金材料具有良好的延展性、导热性和导电性，是理想的双极板制造材料。但是，双极板长期处于高温高湿或酸性环境下工作，未做表面处理的金属双极板非常容易发生腐蚀，其所产生的金属离子会降低质子交换膜及电极的性能。此外，金属双极板的腐蚀还会导致电阻升高，影响其导电性。

为了改善燃料电池双极板，尤其是金属材料制成的双极板的性能，研究人员尝试在燃料电池双极板表面镀上不易形成钝化层的耐腐蚀导电材料，以确保燃料电池双极板的导电性能。然而，同时满足耐腐蚀性和良好导电性的金属种类稀少，且大多价格昂贵，导致整个燃料电池双极板的成本过高，难以大规模应用。其次，此类金属的附着性较差，容易被外力破坏，甚至自燃料电池双极板表面脱落。再次，现有大多数应用在燃料电池双极板表面的耐腐蚀材料镀层或涂层，通过传统电镀工艺制成，其厚度较大，镀层致密度差，且其生产工艺落后和易产生污染物。最后，燃料电池的电化学特性要求其可以在较高的腐蚀电位(如1.2v)下稳定工作，普通的材料不足以满足该条件。

发明内容

本发明的主要优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板包括板体和覆在该板体的外表面的复合涂层，其中该燃料电池双极板的复合涂层的特殊结构在使燃料电池双极板的性能得到显著改进，且并不会过高增加燃料电池双极板的制造成本。甚至是，与传统的燃料电池镀膜双极板相比，还可能导致燃料电池双极板制造成本的降低。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层不但具有良好的导电率和防腐蚀性能，还进一步具有与该双极板的板体的良好结合性，从而在改善双极板性能的同时，还提高了双极板的使用寿命。可以理解，本发明燃料电池双极板可以是阳极板，也可以是阴极板。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层被设置在该燃料电池双极板的板体的外表面，以形成该燃料电池双极板的外表面。优选地，该燃料电池双极板的复合涂层形成在该燃料电池双极板的通道侧的外表面。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层至少包括导电层，其中该复合涂层的该导电层形成被设置在该燃料电池双极板的外侧和形成该燃料电池双极板的外表面。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层的导电层由耐腐蚀材料和导电材料制成。可以理解，该耐腐蚀材料具有良好的耐腐蚀性，该导电材料具有良好导电性能，且在氧化环境中不易发生钝化。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层进一步包括结合层，其中该燃料电池双极板的复合涂层的结合层形成在该燃料电池双极板的板体和该导电层之间。可以理解，该结合层由具有良好结合性能的耐腐蚀材料制成。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的复合涂层进一步包括过渡层，其中该燃料电池双极板的复合涂层的过渡层形成在该结合层和该导电层之间。可以理解，该过渡层的导电材料的含量大于结合层而小于导电层。进一步地，该过渡层的耐腐蚀材料的含量小于结合层而大于导电层。

本发明的另一个优势在于提供一种燃料电池双极板，其中该燃料电池双极板的导电层中的导电材料形成一个立体网状沉积结构，该耐腐蚀材料沉积在该立体网状沉积结构内。可以理解，本发明燃料电池双极板的导电层中，导电材料的(摩尔)含量小于耐腐蚀材料的(摩尔)含量。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明燃料电池双极板包括：

一个板体，其中该板体具有一个外表面；和

复合涂层，其中该复合涂层通过物理气相沉积工艺沉积在该板体的外表面，其中该复合涂层包括结合层、导电层和过渡层，其中该复合涂层的该结合层沉积在该板体的该外表面，该导电层沉积在该过渡层，该过渡层沉积形成在该结合层和该导电层之间，其中该板体由金属极板材料制成，该结合层由耐腐蚀材料制成，该导电层和该过渡层均由耐腐蚀材料和导电材料制成。

依本发明的另一个方面，本发明进一步提供一种燃料电池双极板的复合涂层，其包括：

结合层；导电层；

和过渡层，其中该复合涂层的该结合层沉积在该板体的该外表面，该导电层沉积在该过渡层，该过渡层沉积形成在该结合层和该导电层之间，其中该板体由金属极板材料制成，该结合层由耐腐蚀材料制成，该导电层和该过渡层均由耐腐蚀材料和导电材料制成，其中该复合涂层通过物理气相沉积工艺沉积在该燃料电池双极板的板体。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明较佳实施例的示例性燃料电池双极板的剖视示意图，其中本发明燃料电池双极板的复合涂层沉积在该燃料电池双极板的表面。

图2是根据本发明较佳实施例的示例性燃料电池双极板的复合涂层的剖视示意图，其中该图所示的本发明燃料电池双极板的复合涂层的金形成的晶粒形成一个三维网状结构。

图3是上述根据本发明较佳实施例的示例性燃料电池双极板的复合涂层的纵向剖视示意图。

图4所示的是上述根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的不同厚度复合涂层(样品1和样品2)的腐蚀电流。

图5为上述根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品1)的外表面的能谱分析(EDS)图像。

图6A为上述根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品1)的外表面的能谱分析(EDS)图像，其中图像显示的是金元素在导电层外表面的分布。

图6B为上述根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品1)的外表面的能谱分析(EDS)图像，其中图像显示的是钛元素在导电层外表面的分布。

图7为上述根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品1)中的金元素在其外表面的分布图像和钛元素在其外表面的分布图像的合成图像，其中该图显示复合涂层的导电层中的金和钛均匀分布，且金形成的晶粒在导电层外表面形成网状结构。

图8A显示的是根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层(样品1和样品2)的层间接触电阻随层间压力的变化而发生的变化。

图8B显示的是根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层(样品1和样品2)的涂层-碳纸间接触电阻随层间压力的变化而发生的变化。

图9A显示的是根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品1)的硬度压痕。

图9B显示的是根据本发明较佳实施例的燃料电池双极板的复合涂层的导电层(样品2)的硬度压痕。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中较佳实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考说明书附图之图1至图3，依本发明较佳实施例的燃料电池双极板被阐明，其中该燃料电池双极板包括一个板体10和复合涂层20，其中该复合涂层20包括结合层201、导电层202和形成在该结合层201和该导电层202之间的过渡层203，其中该复合涂层20的该结合层201覆在该板体10的外表面100，该导电层202附着在该过渡层203，其中该板体10由金属极板材料制成，该结合层201由耐腐蚀材料制成，该导电层202和该过渡层203均由耐腐蚀材料和导电材料制成。在实际应用中，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202因其含有的导电材料而具有良好的导电性能，因其耐腐蚀材料，而与该过渡层203具有良好的结合，该复合涂层20的该结合层201与该燃料电池双极板的板体10具有良好结合。因此，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20要求制成其结合层201的耐腐蚀材料具有合适的硬度和与极板材料的良好结合能力。进一步地，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该过渡层203中导电材料的含量大于该结合层201而小于该导电层202。换句话说，该过渡层203比该结合层201含有更多的导电材料，该导电层202比该过渡层203含有更多的导电材料。进一步地，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该过渡层203中耐腐蚀材料的含量小于该结合层201而大于该导电层202。换句话说，该过渡层203比该结合层201含有更少的耐腐蚀材料，比该导电层202含有更多的耐腐蚀材料。优选地，沿该结合层201向该导电层202方向，该过渡层203中的耐腐蚀材料含量逐渐降低，该过渡层203中的导电材料含量逐渐升高，以使该过渡层203分别与该结合层201和该导电层202均具有良好的结合，从而使得该导电层202被稳固地间接附着在该燃料电池双极板的板体10的外表面100。然而，在实际应用中，由于该过渡层203是该结合层201和该导电层202之间的过渡结构，因此，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该过渡层203和该导电层202之间的界限可能并不明确，而取决于工艺和参数设置。

值得注意的是，本文中的耐腐蚀材料指的是不易发生，尤其是在高腐蚀电位下不易发生腐蚀的材料，如钛、铬、镍、钛铬合金、钛镍合金、镍铬合金等，本文中的导电材料指的是具有良好导电性能且在氧化环境中不易发生钝化的金属或非金属材料，如铂、金、银、铌、铷、锆和石墨等材料，本文中的极板材料指的是具有良好的导电导热性能，适于制造燃料电池双极板的金属和非金属材料，如钛、铝、镁、钛合金、铝合金、镁合金和不锈钢等材料。

如附图之图1和图2所示，依本发明较佳实施例的燃料电池双极板可以是工作在还原环境中的阳极板，也可以是工作在氧化环境的阴极板。示例性地，当该燃料电池双极板的该板体10具有一个外表面100。更优选地，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的被覆在该板体10的该外表面100和与此相对一侧的外表面。

外表面如附图之图1和图2、图5至图7所示，依本发明较佳实施例的燃料电池双极板的该复合涂层20覆在该双极板的板体10的外表面100，其中该导电层202中的导电材料形成一个立体网状沉积结构，该耐腐蚀材料沉积在该立体网状沉积结构内。换句话说，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202中的导电材料形成的晶粒2021沿横向(晶粒生长自由面，可看作与燃料电池双极板的外表面相平行)和纵向(自燃料电池双极板的该板体10向该复合涂层20的外表面的延伸方向)延伸，从而形成一个立体网状沉积结构和使该耐腐蚀材料形成的晶粒2022形成在导电材料形成的晶粒2021之间。

如附图之图5至图7所示，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202中的导电材料形成的晶粒2021在该导电层202的三维结构的各个方向上均形成一个网状沉积结构。本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202中的导电材料形成的立体网状沉积结构和耐腐蚀材料填充在该导电材料形成的立体网状沉积结构内的该导电层202的结构方式，在确保该导电层202的导电性能得同时，还进一步确保该导电层202中的导电材料(形成的沉积层)与本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的过渡层203之间的结合。可以理解，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202中，该导电材料的摩尔数小于耐腐蚀材料的摩尔数。

如附图之图5至图7所示，对依本发明较佳实施例的燃料电池双极板的该复合涂层20的该导电层202的外表面进行扫描电子显微镜成像和能谱分析(EDS)，结果表明，在该复合涂层20的该导电层202中，导电材料和耐腐蚀材料能够形成相应晶粒，且该导电材料和耐腐蚀材料形成的晶粒2022相互间隔，分布均匀。

可以理解，为了确保带有复合涂层20的燃料电池双极板同时具有良好的耐腐蚀性、导电性、附着性和可以忍受的制造成本，燃料电池双极板的复合涂层20不应过厚，尤其是该复合涂层20的该导电层202，其含有的不易钝化导电材料大多为昂贵的稀有金属。此外，本发明燃料电池双极板的该复合涂层20应通过合适的工艺，均匀、致密和连续地形成在该燃料电池双极板的该板体10的外表面100。

物理气相沉积(PVD)工艺是一种理想的将本发明用于燃料电池双极板的该复合涂层20结合或沉积到燃料电池双极板的板体10的工艺技术，尤其是在耐腐蚀材料为钛，导电材料为金时的复合涂层20。通过物理气相沉积技术，耐腐蚀材料晶粒和导电材料晶粒形成致密的复合涂层，且导电材料晶粒能够在该复合涂层20的该导电层202内形成一个立体网状沉积结构，耐腐蚀材料形成的晶粒2022填充在该立体网状沉积结构内，从而使导电材料和耐腐蚀材料形成的导电层202与相应的过渡层203牢固结合。

进一步地，本文通过下述示例来说明本发明燃料电池双极板的制备。

示例1:燃料电池双极板的制备

将燃料电池双极板放入除油剂中，超声波除油10分钟，去离子水清洗燃料电池双极板的板体的外表面2次，每次清洗5分钟。随后，无水乙醇清洗5次，每次清洗5分钟。随后，将清洗好的燃料电池双极板放置在等离子清洗室内，等离子体轰击该燃料电池双极板的板体的外表面直至去除其表层约15nm厚度，以充分去除其钝化层和形成粗糙表面。随后，在物理气相沉积室内，沉积该复合涂层的结合层在该燃料电池双极板的板体的外表面至第一厚度。随后，沉积该复合涂层的过渡层在该结合层至第二厚度。最后，沉积该复合涂层的该导电层在该过渡层至第三厚度。在该复合涂层的该结合层沉积至该燃料电池双极板的板体的外表面的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料(钛)，在该复合涂层的该过渡层沉积至该结合层的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料和导电材料(金)，在该复合涂层的该导电层沉积至该过渡层的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料和导电材料。在沉积开始之前，对该沉积室抽真空至0.001Pa，并向沉积室内通入流量为30sccm的氩气至沉积室内压强为0.01Pa。控制燃料电池双极板的温度和沉积时间，制取该复合涂层的厚度约为10nm的燃料电池双极板，并标记为样品1。肉眼观察样品1表面呈金黄色。

根据中华人民共和国国家标准GB/T20042.6-2011中记载的方法检测检测样品1的该复合涂层的该导电层的腐蚀电流为3.981*10^-11A/cm²(@0.84v)，导电率为1.48*10⁶S/m，导电层之间的接触电阻为0.05mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)，导电层与碳纸之间的接触电阻为5.7mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)。此时，检测对照组(石墨)的层间接触电阻为0.7mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)，对照组(石墨)与碳纸之间的接触电阻为5.3mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)。如附图之图8A和图8B所示，根据接触电阻变化曲线，导电层之间的接触电阻在两者之间的压力达到0.25Mpa左右时，此时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻的降低幅度变小。在两者之间的压力达到0.5Mpa左右时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻基本保持不变；导电层与碳纸之间的接触电阻在两者之间的压力达到1Mpa左右时，此时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻的降低幅度变小。在两者之间的压力达到1.75Mpa左右时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻基本保持不变。如附图之图5至图7所示，对样品1的外表面进行扫描电子显微镜扫描分析，成像显示，样品1的导电层的外表面结构连续、致密和平滑。如附图之图5至图7所示，对样品1的复合涂层的导电层进行能谱分析(EDS)，成像显示，样品1中的钛形成的晶粒和金形成的晶粒均分布均匀。如下表1所示，对样品1的复合涂层的导电层进行能谱分析(EDS)和X射线光电子能谱分析，结果显示，样品1中的金和钛的质量比为16.8：5.1(摩尔比约为0.79：1)。如附图之图9A所示，对样品1的导电层进行显微维氏硬度HV0.5压痕处理，未观察到涂层开裂。

表1：样品1的导电层外表面金和钛的摩尔比

样品	金(摩尔数)	钛(摩尔数)
			样品1	0.79	1.0

示例2:燃料电池双极板的制备

将燃料电池双极板放入除油剂中，超声波除油10分钟，除油，去离子水清洗燃料电池双极板的板体的外表面2次，每次清洗5分钟。随后，无水乙醇清洗5次，每次清洗5分钟。随后，将清洗好的燃料电池双极板放置在等离子清洗室内，等离子体轰击该燃料电池双极板的板体的外表面直至去除其表层约15nm厚度，以充分去除其钝化层和形成粗糙表面。随后，在物理气相沉积室内，沉积该复合涂层的结合层在该燃料电池双极板的板体的外表面至第一厚度。随后，沉积该复合涂层的过渡层在该结合层至第二厚度。最后，沉积该复合涂层的该导电层在该过渡层至第三厚度。在该复合涂层的该结合层沉积至该燃料电池双极板的板体的外表面的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料(钛)，在该复合涂层的该过渡层沉积至该结合层的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料和导电材料(金)，在该复合涂层的该导电层沉积至该过渡层的过程中，蒸发源为耐腐蚀材料和导电材料。在沉积开始之前，对该沉积室抽真空至0.005Pa，并向沉积室内通入流量为30sccm的氩气至沉积室内压强为0.05Pa。控制燃料电池双极板的温度和沉积时间，制取该复合涂层的厚度约为25nm的燃料电池双极板，并标记为样品2。肉眼观察样品2表面呈银色，并夹杂有淡淡金色。

根据中华人民共和国国家标准GB/T20042.6-2011中记载的方法检测检测样品2的该复合涂层的该导电层的腐蚀电流为1.148*10^-10A/cm²(@0.84v)，导电率为1.18*10⁶S/m，导电层之间的接触电阻为0.1mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)，导电层与碳纸之间的接触电阻为5.8mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)。此时，检测对照组(石墨)的层间接触电阻为0.7mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)，对照组(石墨)与碳纸之间的接触电阻为5.3mΩ·cm²(接触压力1.5MPa)。如附图之图8A和图8B所示，根据接触电阻变化曲线，导电层之间的接触电阻在两者之间的压力达到0.25Mpa左右时，此时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻的降低幅度变小。在两者之间的压力达到0.75Mpa左右时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻基本保持不变；导电层与碳纸之间的接触电阻在两者之间的压力达到1Mpa左右时，此时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻的降低幅度变小。在两者之间的压力达到1.75Mpa左右时，随着两者之间的压力升高，两者之间的接触电阻基本保持不变。如表2所示，对样品2的复合涂层的导电层进行能谱分析(EDS)和X射线光电子能谱分析，结果显示，样品2中的金和钛的质量比为4.8：3.3(摩尔比约为0.35：1)。如附图之图9B所示，对样品2的导电层进行显微维氏硬度HV0.5压痕处理，未观察到涂层开裂。

表2：样品2的导电层外表面金和钛的摩尔比

样品	金(摩尔数)	钛(摩尔数)
			样品2	0.35	1.0

值得注意的是，在利用物理气相沉积工艺将本发明用于燃料电池双极板的复合涂层沉积到该燃料电池双极板的板体时，其涉及到的物理气相沉积工艺参数可根据实际情况调整变化。例如，在对燃料电池双极板进行清洗时，可先将燃料电池双极板放入除油剂中，超声波除油5-10分钟，除油，去离子水清洗燃料电池双极板的板体的外表面1-2次，清洗3-5分钟后，无水乙醇清洗3-5次，每次清洗3-5分钟。随后，再将清洗好的燃料电池双极板放置在等离子清洗室内，等离子体轰击该燃料电池双极板的板体的外表面直至去除其表层10-15nm厚度。等离子体去除其表层的厚度，取决于其表面钝化层的厚度。一般情况下，去除厚度大于钝化层厚度，为其1.5至5倍钝化层厚度。等离子体去除其表层的厚度稍大时，可在燃料电池双极板的板体的外表面形成粗糙表面，有利于形成光滑致密和结合良好的涂层。此外，在等离子体去除其表层的厚度时，对该燃料电池双极板的板体加有-1000V至-500V的偏压，且该等离子清洗室内的气压不大于5.0×10^-3Pa。

在沉积过程中，该沉积室内的压强可控制在0.001Pa至6P。优选地，在沉积过程中，该沉积室内的压强可控制在0.01Pa至1Pa。在沉积过程中，向该沉积室内通入流量为25至50sccm的氩气，氩气作为等离子体形成气体，在沉积过程中生成等离子体。在本发明复合涂层的结合层、过渡层和导电层被沉积时，对该燃料电池双极板的板体所加的偏压为-100V至-30V。很多时候，对该燃料电池双极板的板体的等离子清洗和涂层沉积均在沉积室内进行。因此，沉积室可被用作等离子清洗室。最后，理论上，气相沉积层在3nm厚度时，即可沉积形成连续结构。因此，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的结合层的厚度和过渡层的厚度均应不低于3nm。此外，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的导电层需要确保导电性能良好，其厚度应比结合层和过渡层稍厚，其厚度不应低于4nm。根据气相沉积的沉积层形成特点和本发明用于燃料电池双极板的复合涂层要实现的功能(确保在不大幅增加燃料电池双极板制造成本的情况下，改善其导电性和耐腐蚀性)，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的结合层的厚度优选为3nm至15nm，过渡层的厚度优选为3nm至10nm，导电层厚度优选为4nm至70nm。相应地，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的厚度在100nm左右。然而，在实际应用中，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的结合层的厚度也可厚于15nm，过渡层的厚度可厚于10nm，导电层的厚度可厚于70nm。因此，本发明用于燃料电池双极板的复合涂层的厚度不应构成对本发明保护范围的限制。

可以理解，依本发明较佳实施例的燃料电池双极板可通过真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜等物理气相沉积工艺制备，而不限于本文中所提到的示例性制备方法。换句话说，本文中所提到的示例性制备方法和示例性燃料电池双极板，均仅用于说明本发明，而不应视作对本发明的限制。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。

本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims

1.一种燃料电池双极板，其特征在于，包括：

一个板体，其中该板体具有一个外表面；和

2.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的该过渡层中导电材料的含量大于该结合层而小于该导电层。

3.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的该过渡层中耐腐蚀材料的含量小于该结合层而大于该导电层。

4.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料形成一个立体网状沉积结构。

5.根据权利要求3所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料形成一个立体网状沉积结构。

6.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料形成的该立体网状沉积结构均匀分布在该导电层中。

7.根据权利要求5所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料形成的该立体网状沉积结构均匀分布在该导电层中。

8.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料以晶粒的形式形成该立体网状沉积结构。

9.根据权利要求7所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电层中的导电材料以晶粒的形式形成该立体网状沉积结构。

10.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至100nm。

11.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的该结合层的厚度为3nm至15nm。

12.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的该过渡层的厚度为3nm至10nm。

13.根据权利要求1所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的该导电层的厚度为4nm至70nm。

14.根据权利要求4所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至25nm。

15.根据权利要求7所述的燃料电池双极板，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至25nm。

16.根据权利要求2所述的燃料电池双极板，其特征在于，该过渡层中的耐腐蚀材料的含量沿该结合层向该导电层方向逐渐降低，该过渡层中的导电材料的含量沿该结合层向该导电层方向逐渐升高。

17.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16所述的燃料电池双极板，其特征在于，该耐腐蚀材料为钛，该导电材料为金，其中该导电层中金和钛的摩尔比为0.35至0.79。

18.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或16所述的燃料电池双极板，其特征在于，该导电材料暴露在该导电层的外表面的占比不小于20％。

19.一种用于燃料电池双极板的复合涂层，其特征在于，包括：

结合层；导电层；

20.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的该过渡层中导电材料的含量大于该结合层而小于该导电层。

21.根据权利要求20所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的该过渡层中耐腐蚀材料的含量小于该结合层而大于该导电层。

22.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料形成一个立体网状沉积结构。

23.根据权利要求21所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料形成一个立体网状沉积结构。

24.根据权利要求22所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料以晶粒的形式形成该立体网状沉积结构。

25.根据权利要求23所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料以晶粒的形式形成该立体网状沉积结构。

26.根据权利要求22所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料形成的该立体网状沉积结构均匀分布在该导电层中。

27.根据权利要求23所述的复合涂层，其特征在于，该导电层中的导电材料形成的该立体网状沉积结构均匀分布在该导电层中。

28.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至100nm。

29.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的该结合层的厚度为3nm至15nm。

30.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的该过渡层的厚度为3nm至10nm。

31.根据权利要求19所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的该导电层的厚度为4nm至70nm。

32.根据权利要求22所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至25nm。

33.根据权利要求23所述的复合涂层，其特征在于，该复合涂层的厚度为10nm至25nm。

34.根据权利要求20所述的复合涂层，其特征在于，该过渡层中的耐腐蚀材料的含量沿该结合层向该导电层方向逐渐降低，该过渡层中的导电材料的含量沿该结合层向该导电层方向逐渐升高。

35.根据权利要求19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33或34所述的复合涂层，其特征在于，该耐腐蚀材料为钛，该导电材料为金，其中该导电层中金和钛的摩尔比为0.35至0.79。

36.根据权利要求19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33或34所述的复合涂层，其特征在于，暴露在该导电层的外表面的该导电材料形成至少20％的该外表面。