CN114079060A - 用于燃料电池的极板结构及燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于燃料电池的极板结构及燃料电池，极板结构包括：基板；第一金属层，所述第一金属层设置于所述基板的外侧；石墨层，所述石墨层设置于所述第一金属层的外侧；其中，所述第一金属层与所述石墨层之间设置有过渡层，所述过渡层构造为第一金属层的材料与石墨层材料的化合物。根据本发明的用于燃料电池的极板结构在基板上设置有第一金属层和石墨层，在第一金属层和石墨层之间设置有过渡层，过渡层可以提高第一金属层和石墨层的结合强度，提高极板结构的抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池领域，尤其是涉及一种用于燃料电池的极板结构及燃料电池。
背景技术
相关技术中，燃料电池电堆部件中所采用的金属双极板由于体积功率密度大、加工效率高、抗震动冲击能力强等优点逐渐成为主流，但是相对应的其在电堆内部腐蚀性的环境影响下，表面容易发生腐蚀氧化，形成不导电的钝化层，减少实际使用寿命。因此对金属双极板表面覆盖保护性导电涂层以此来弥补金属双极板的缺点，延长工作寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种极板结构，该极板结构在基板上设置有第一金属层和石墨层，在第一金属层和石墨层之间设置有过渡层，过渡层可以提高第一金属层和石墨层的结合强度，提高极板结构的抗腐蚀性能。
本发明还提出一种具有上述极板结构的燃料电池。
根据本发明的用于燃料电池的极板结构包括：基板；第一金属层，所述第一金属层设置于所述基板的外侧；石墨层，所述石墨层设置于所述第一金属层的外侧；其中，所述第一金属层与所述石墨层之间设置有过渡层，所述过渡层构造为第一金属层的材料与石墨层材料的化合物。
根据本发明的用于燃料电池的极板结构，在基板上设置第一金属层，在第一金属层的外侧设置石墨层，以利用石墨层以及第一金属层的性能提高极板结构的导电以及防腐耐久性，在石墨层与第一金属层之间设置过渡层，以提高第一金属层与石墨层之间的结合强度，从而延长极板结构的抗腐蚀性能以及防腐材料的保护期限。
根据本发明的一个实施例，所述石墨层外表面的至少部分形成有第二金属层。
根据本发明的一个实施例，所述石墨层的外表面薄膜沉积形成所述第二金属层，所述第二金属层构造为铬层。
根据本发明的一个实施例，所述第二金属层为多个，所述第二金属层间隔设置于所述石墨层的外表面，每个所述第二金属层的面积为s，所述s满足：0.03μm2≤s≤0.13μm2。
根据本发明的一个实施例，所述第一金属层构造为钛，所述过渡层构造为碳化钛。
根据本发明的一个实施例，所述过渡层中的碳元素含量在靠近所述石墨层的方向上逐渐增加。
根据本发明的一个实施例，所述第一金属层的厚度为d1，所述过渡层的厚度为d2，所述d1和d2满足：2≤d2/d1≤10。
根据本发明的一个实施例，所述石墨层的厚度为d3，所述d3和所述d2满足：0.5≤d3/d2≤5。
根据本发明的一个实施例，所述d1满足：50nm≤d1≤100nm；所述d2满足：200nm≤d2≤500nm；所述d3满足：400nm≤d3≤800nm。
下面简单描述根据本发明的燃料电池。
根据本发明的燃料电池设置有上述实施例的极板结构，由于根据本发明的燃料电池中设置有上述实施例的极板结构，因此该燃料电池的可靠性高，极板结构的耐腐蚀性好，使用寿命长，燃料电池的成本大大降低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的极板结构的剖视图；
图2是根据本发明实施例的极板结构的俯视图。
附图标记：
极板结构1，
基板11，第一金属层111，过渡层112，石墨层113，第二金属层114。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图2描述根据本发明实施例的用于燃料电池的极板结构1。
根据本发明的极板机构包括基板11、第一金属层111和石墨层113，第一金属层111设置于基板11的外侧，石墨层113设置于第一金属层111的外侧，其中第一金属层111与石墨层113之间设置有过渡层112，过渡层112构造为第一金属层111的材料与石墨层113的材料的化合物。
相关技术中，燃料电池电堆部件中所采用的金属双极板由于体积功率密度大、加工效率高、抗震动冲击能力强等优点逐渐成为主流，但是相对应的其在电堆内部腐蚀性的环境影响下，表面容易发生腐蚀氧化，形成不导电的钝化层，减少实际使用寿命。因此对金属双极板表面覆盖保护性导电涂层以此来弥补金属双极板的缺点，延长工作寿命。
对于镀层一般采用碳基、贵金属、金属氮化物等作为防护涂层材料，采用PVD或者CVD的成膜工艺，过程中采取多源共沉积、电磁场调节、等离子体轰击的各种方法，对膜层的具体参数进行调整。而上述方法所形成的金属双极板寿命达不到预期、成本高不利于量产。
根据本发明的用于燃料电池的极板结构1，在基板11的外侧设置有第一金属层111，第一金属层111设置于基板11的外侧，石墨层113设置于第一金属层111的外侧，从而利用将不同材料间不同特性利用在双极板涂层的防护过程中，分别兼顾导电、防腐及耐久性。
在第一金属层111与石墨层113之间设置过渡层112，过渡层112的材料为第一金属层111与石墨层113的化合物以提高金属层与石墨层113之间的结合强度，增强了膜基间的结合力，不容易产生层间裂隙，能有效的延长涂层保护期限。
在一些实施例中，第一金属层111可以采用贵金属为材料，从而保证基板11的抗腐蚀性能。
根据本发明的用于燃料电池的极板结构1，在基板11上设置第一金属层111，在第一金属层111的外侧设置石墨层113，以利用石墨层113以及第一金属层111的性能提高极板结构1的导电以及防腐耐久性，在石墨层113与第一金属层111之间设置过渡层112，以提高第一金属层111与石墨层113之间的结合强度，从而延长极板结构1的抗腐蚀性能以及防腐材料的保护期限。
根据本发明的一个实施例，石墨层113的外表的至少部分形成有第二金属层114，第二金属层114可以构造为耐腐蚀金属，可以利用第二金属层114作为抗腐蚀介质，以提高石墨层113表面的腐蚀电位，抑制腐蚀反应的趋势。
这里需要说明的是腐蚀电位是指在没有外加电流情况下金属达到稳定腐蚀状态时测得的电位，体现了腐蚀反应进行的难易程度，腐蚀电位越高，腐蚀反应越难进行。
根据本发明的一个实施例，石墨层113的外表面薄膜沉积形成第二金属层114，第二金属层114构造为铬层。第二金属层114可以通过采用PVD或者CVD的成膜工艺形成在石墨层113的外表面，以使第二金属层114用于抑制腐蚀反应的进行。而利用PVD或CVD的成膜工艺，可以使第二金属层114更好地成型在石墨层113的表面，以提高第二金属层与石墨层之间的接合的可靠性。
根据本发明的一个实施例，第二金属层114为多个，多个第二金属层114间隔设置于石墨层113的外表面，每个第二金属层114的面积为s，且满足：0.03μm2≤s≤0.13μm2。在该实施例中，通过在石墨层113的表面喷镀第二金属层114，而每个第二金属层114的直径在0.1μm-0.2μm之间。
根据本发明的一个实施例，第一金属层111构造为钛，过渡层112构造为碳化钛。过渡层112中碳元素的含量在靠近石墨层113的方向上逐渐增加。设置过渡层112中的碳元素含量在靠近石墨层113的方向上逐渐增加，可以更好地将第一金属层111与石墨层113结合，可以提高石墨层113与金属层之间的结合强度，有助于提高极板结构1的可靠性。
根据帮你发明的一个实施例，所述第一金属层111的厚度为d1，所述过渡层112的厚度为d2，所述d1和d2满足：2≤d2/d1≤10。
根据帮你发明的一个实施例，所述石墨层113的厚度为d3，所述d3和所述d2满足：0.5≤d3/d2≤5。根据帮你发明的一个实施例，所述d1满足：50nm≤d1≤100nm；所述d2满足：200nm≤d2≤500nm；所述d3满足：400nm≤d3≤800nm。
更进一步地，本发明还公开了一种碳化钛的制造方法，碳化钛采用乙炔气体作为碳源，增强了TiC的转化效率，以及过渡层112其与石墨层和第一金属层之间的结合强度。
下面简单描述根据本发明的燃料电池。
根据本发明的燃料电池设置有上述实施例的极板结构1，由于根据本发明的燃料电池中设置有上述实施例的极板结构1，因此该燃料电池的可靠性高，极板结构1的耐腐蚀性好，使用寿命长，燃料电池的成本大大降低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以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。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于燃料电池的极板结构，其特征在于，包括：
基板；
第一金属层，所述第一金属层设置于所述基板的外侧；
石墨层，所述石墨层设置于所述第一金属层的外侧；其中，所述第一金属层与所述石墨层之间设置有过渡层，所述过渡层构造为第一金属层的材料与石墨层材料的化合物。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述石墨层外表面的至少部分形成有第二金属层。
3.根据权利要求2所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述石墨层的外表面薄膜沉积形成所述第二金属层，所述第二金属层构造为铬层。
4.根据权利要求3所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述第二金属层为多个，所述第二金属层间隔设置于所述石墨层的外表面，每个所述第二金属层的面积为s，所述s满足：0.03μm2≤s≤0.13μm2。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述第一金属层构造为钛，所述过渡层构造为碳化钛。
6.根据权利要求5所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述过渡层中的碳元素含量在靠近所述石墨层的方向上逐渐增加。
7.根据权利要求6所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述第一金属层的厚度为d1，所述过渡层的厚度为d2，所述d1和d2满足：2≤d2/d1≤10。
8.根据权利要求7所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述石墨层的厚度为d3，所述d3和所述d2满足：0.5≤d3/d2≤5。
9.根据权利要求8所述的用于燃料电池的极板结构，其特征在于，所述d1满足：50nm≤d1≤100nm；所述d2满足：200nm≤d2≤500nm；所述d3满足：400nm≤d3≤800nm。
10.一种燃料电池，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的极板结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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