政策资讯

一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法

专利类型:
发明
申请号/专利号:
CN202210529927.9
申请人(专利权人):
上海交通大学内蒙古研究院
行业类别:
H01M8/0206 H01M8/0228 H01M8/0202
技术成熟度:
成熟
公布时间:
2024-01-02
证书状态:
有效
交易价格:
面议
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技术摘要

权利要求书

技术附图

交易流程

委托经理人

本发明涉及一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,该方法包括在金属双极板表面依次沉积金属过渡层和陶瓷相纳米晶涂层,然后对涂覆有涂层的双极板进行化学刻蚀处理或干法刻蚀,最后经过清洗、烘干得到高结晶度陶瓷相纳米晶涂层。与现有技术相比,本发明可以促进陶瓷相形核结晶的同时避免高沉积温度对金属极板基材的影响,表面金属相刻蚀去除能够提高陶瓷相涂层在质子交换膜燃料电池中的性能稳定性,延长燃料电池金属极板的使用寿命。

1.一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,该方法包括在金属双极板表面依次沉积金属过渡层和陶瓷相纳米晶涂层,然后对涂覆有涂层的双极板进行化学刻蚀处理或干法刻蚀,最后经过清洗、烘干得到高结晶度陶瓷相纳米晶涂层; 所述的沉积采用高功率脉冲磁控溅射反应沉积或多弧反应沉积,沉积峰值功率1~8MW,峰值电压1000~5000 V,峰值电流100~2000 A,沉积过程中金属基靶材溅射平均功率大于9 W/cm2,沉积时间为600 s~180 min,沉积温度小于300℃; 所述的高结晶度陶瓷相纳米晶涂层中纳米晶尺寸大小为5 nm到200 nm,成分为金属氧化物、氮化物或碳化物,结晶度超过90%,纳米晶在涂层中质量分数占比5~50 wt.%。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的高功率脉冲磁控溅射反应沉积的反应气源包括氩气、氮气、氧气、氢气、乙炔、乙烯、丁烷、硫化氢或其混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的金属基靶材包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sn、SnO2掺杂F或In、TiO2掺杂Nb或其合金靶材。

4.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的化学刻蚀处理为采用氢氟酸溶液或者氢氟酸和硝酸的混合液,刻蚀温度为10-95 ºC,刻蚀时间为5 s-5 min,刻蚀完成后涂层表面呈现沟壑状形貌。

5.根据权利要求4所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述氢氟酸溶液的质量浓度为0.5%-10%,所述氢氟酸和硝酸的混合液中氢氟酸的质量浓度为0.5%-10%,硝酸的质量浓度为0.1%-20%。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的干法刻蚀采用的工艺气体包括氯气、四氟化碳、四氯化碳、氢气或氧气中的一种或几种,气体流量为10-500 sccm,气压为10-1000 Pa,刻蚀时间为20 s-5 min。

7.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的金属双极板的材质包括不锈钢、铝合金或镁合金中的一种,厚度为0.1-2mm。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属极板陶瓷相低温形核纳米涂层制备方法,其特征在于,所述的金属过渡层的成分与陶瓷相纳米晶涂层中的金属成分一致,包括Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、或Sn,厚度为50-300 nm。


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