【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池，涉及一种金属双极板及其制备方法和燃料电池。
技术介绍
1、电池电堆是燃料电池的核心部件，其主要由双极板，膜电极和汇流板等组成。双极板的功能是提供气体路径，防止燃料电池中氢气与氧气串通，并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。在保持机械强度和阻气作用的前提下，双极板厚度应尽可能地薄，以减少对电流和热的传导阻力。
2、双极板的材质主要可以分为石墨材料、金属材料以及复合材料。其中，金属双极板易加工，可批量制造，成本低，厚度薄，电池的体积比功率与比能量高。但是金属双极板的耐腐蚀性比较差，容易析出铁等金属离子，进而导致膜电极失效。因此，金属双极板需要进行改性来保证双极板的耐腐蚀性。
3、在电堆的实际运行中，通常会产生硫酸根离子，在质子产生和迁移过程使金属极板发生腐蚀，使极板的导电性下降，影响电堆的输出效率。通常会在金属极板表面涂覆一层或多层保护层来阻断基体材料与腐蚀介质的接触，延长基体的使用寿命，涂覆的涂层需要有良好的耐腐蚀性能和导电性能。
4、而单层涂层很难保证双极板的性能要求，因此大多数金属双极板表面处理工艺是在金属基材表面涂覆多层功能涂层来提升涂层的综合性能，但各涂层间的结合强度较低，且涂层间的内应力增加引起涂层组织结构缺陷增多。
5、因此，亟需提供一种方案，可增强金属双极板的涂层结合强度，并减小涂层间的内应力，同时使金属双极板具有良好的耐腐蚀性能和导电性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种金属双极板，所述金属双极板包括金属基材，以及设置于金属基材至少一侧表面(例如一侧表面或两侧表面)的复合涂层；
4、所述复合涂层沿远离金属基材的方向依次包括金属层、第一界面重构层、金属/碳过渡层、第二界面重构层和碳层；
5、所述金属/碳过渡层中，金属元素含量和碳元素含量沿金属基材的厚度方向梯度变化。
6、本专利技术提供了一种金属双极板，其表面的复合涂层依次包括金属层、第一界面重构层、金属/碳过渡层、第二界面重构层和碳层，其中，金属层能够支撑整体涂层，吸收应力，增加涂层与基材的结合强度，提供一定程度的抗腐蚀性能；金属/碳过渡层中金属元素含量和碳元素含量沿金属基材的厚度方向梯度变化，这能够改善金属层和碳层之间的匹配性和界面错配程度，从而能够增强涂层间的结合强度；第一界面重构层和第二界面重构层能够很大程度上减小涂层间内应力，减少涂层组织结构缺陷，同时可避免金属层和碳层结构的改变导致的性能变化，并进一步提升涂层耐腐蚀性能；碳层能够提高双极板的自腐蚀电位，减缓涂层是腐蚀衰减速率，增加涂层导电性能。综上，在金属双极板表面各涂层的共同作用下，涂层间结合强度增强，涂层间的内应力减小，并使得金属双极板的耐腐蚀性能和导电性能提高。
7、优选地，所述金属层中的金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种。
8、优选地，所述金属层的厚度为10-500nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
9、优选地，所述第一界面重构层包括金属元素，所述金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种。
10、优选地，所述第一界面重构层与所述金属层中的金属元素相同。
11、优选地，所述第一界面重构层的厚度为1-100nm，例如可以是1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
12、优选地，所述第一界面重构层与所述金属层的厚度比为(0.2-5):1，例如可以是0.2:1、0.3:1、0.5:1、0.8:1、1:1、2:1、3:1、4:1或5:1等。
13、本专利技术中，若第一界面重构层与金属层的厚度比过低，则第一界面重构层内应力过大，导致涂层结合强度降低；若第一界面重构层与金属层的厚度比过高，则第一界面重构层应力释放过大，导致涂层结构致密性降低，涂层整体性能降低。
14、优选地，所述金属/碳过渡层中的金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种。
15、优选地，所述金属/碳过渡层与所述金属层中的金属元素相同。
16、优选地，所述金属/碳过渡层中，金属元素含量沿远离金属基材的方向梯度减小。
17、优选地，所述金属/碳过渡层中，碳元素含量沿远离金属基材的方向梯度增大。
18、优选地，所述金属/碳过渡层的厚度为10-100nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19、本专利技术中，当金属/碳过渡层的厚度控制为10-100nm时，可改善涂层间的电子传导能力，改善金属双极板复合涂层的导电性能。
20、优选地，所述第二界面重构层包括碳元素。
21、优选地，所述第二界面重构层的厚度为1-100nm，例如可以是1nm、2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
22、优选地，所述碳层的厚度为10-500nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23、优选地，所述第二界面重构层与所述碳层的厚度比为(0.2-5):1，例如可以是0.2:1、0.3:1、0.5:1、0.8:1、1:1、2:1、3:1、4:1或5:1等。
24、本专利技术中，若第二界面重构层与碳层的厚度比过低，则第二界面重构层内应力过大，导致涂层结合强度降低；若第二界面重构层与碳层的厚度比过高，则第二界面重构层应力释放过大，导致涂层结构致密性降低，涂层整体性能降低。
25、第二方面，本专利技术提供了一种第一方面所述的金属双极板的制备方法，所述制备方法包括：
26、(1)以金属材料为沉积源，在金属基材的至少一侧表面沉积金属层；调整沉积参数，在金属层的表面沉积第一界面重构层；
【技术保护点】
1.一种金属双极板，其特征在于，所述金属双极板包括金属基材，以及设置于金属基材至少一侧表面的复合涂层；
2.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述金属层中的金属元素包括Cr、Ti、Nb、Ta和Zr元素中的至少一种；
3.根据权利要求1或2所述的金属双极板，其特征在于，所述第一界面重构层包括金属元素，所述金属元素包括Cr、Ti、Nb、Ta和Zr元素中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任一项所述的金属双极板，其特征在于，所述金属/碳过渡层中的金属元素包括Cr、Ti、Nb、Ta和Zr元素中的至少一种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属双极板，其特征在于，所述第二界面重构层包括碳元素；
6.根据权利要求1-5任一项所述的金属双极板，其特征在于，所述碳层的厚度为10-500nm；
7.一种权利要求1-6任一项所述的金属双极板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，沉积所述金属层的沉积参数包括：沉积功率为10-50000W，沉积电流为0.1-
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，沉积所述第二界面重构层的沉积参数包括：沉积功率为10-10000W，沉积电流为0.1-50A，沉积时间为1-100min；
10.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池中包括权利要求1-6任一项所述的金属双极板。
...【技术特征摘要】
1.一种金属双极板，其特征在于，所述金属双极板包括金属基材，以及设置于金属基材至少一侧表面的复合涂层；
2.根据权利要求1所述的金属双极板，其特征在于，所述金属层中的金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种；
3.根据权利要求1或2所述的金属双极板，其特征在于，所述第一界面重构层包括金属元素，所述金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种；
4.根据权利要求1-3任一项所述的金属双极板，其特征在于，所述金属/碳过渡层中的金属元素包括cr、ti、nb、ta和zr元素中的至少一种；
5.根据权利要求1-4任一项所述的金属双极板，其特征在于，所述第二界面重构层包括碳元素；
<...【专利技术属性】
技术研发人员：周锦程，任致行，丁加乐，丛延勋，何海楠，
申请(专利权)人：中汽创智科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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