金屬雙極板與石墨雙極板相比,金屬雙極板如鈦合金、不銹鋼等,具有與之類似的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力,金屬雙極板具有更好的機(jī)械強(qiáng)度、阻氣能力和抗沖擊能力。因此,金屬雙極板能夠做到超薄,大幅提升比功率密度。
但是金屬雙極板也存在一定缺陷:
●在電池環(huán)境下耐腐蝕性能差,表面生成的鈍化膜的電導(dǎo)率低
●金屬離子會(huì)污染催化劑導(dǎo)致失活
●還會(huì)在膜電極表面積聚從而導(dǎo)致接觸電阻(ICR)增大
因此需要通過(guò)表面涂層改性提升金屬雙極板的性能。
根據(jù)DOE標(biāo)準(zhǔn),腐蝕電流和接觸電阻是涂層工藝的關(guān)鍵,對(duì)涂層質(zhì)量和性能產(chǎn)生影響。
腐蝕主要來(lái)源:化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕(點(diǎn)狀腐蝕、涂層中柱狀晶針孔造成的腐蝕),雙極板制造過(guò)程中應(yīng)力造成的腐蝕 。
涂層結(jié)構(gòu)組織的復(fù)合化和納米化,有利于提升雙極板的耐蝕性、導(dǎo)電性,其對(duì)于提升氫燃料電池的性能及保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性和耐久性具有重要作用。
常用的涂層主要分為金屬基涂層(貴金屬、金屬碳/氮化物)、非金屬涂層和復(fù)合涂層 。
但有些涂層的成本較高,如貴金屬涂層,量產(chǎn)化困難;非金屬涂層主要是石墨基涂層它們具有制備簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn),但存在耐蝕性差和結(jié)合力差的問(wèn)題;復(fù)合涂層結(jié)合了金屬涂層和非金屬涂層的優(yōu)點(diǎn),在具有一定耐蝕性的基礎(chǔ)上,可以保持良好的導(dǎo)電性。
為助力氫能源發(fā)展,廣東匯成真空(HCVAC)開(kāi)發(fā)了適用于金屬雙極板的涂層及涂層設(shè)備體系。目前涂層后的金屬雙極板導(dǎo)電性和耐腐蝕性均得到顯著提升,滿足DOE標(biāo)準(zhǔn)。
主要采用技術(shù)高功率脈沖磁控濺射+磁控濺射(HIPIMS+MS)或者高功率脈沖磁控濺射+電弧(HIPIMS+ARC)技術(shù)制備鈦+超級(jí)導(dǎo)電石墨(Ti+SCG)涂層。
HIPIMS技術(shù)
高功率脈沖磁控濺射(HIPIMS)技術(shù)是利用較高的脈沖峰值功率和較低的脈沖占空比來(lái)產(chǎn)生高濺射金屬離化率、高能量離化粒子的一種磁控濺射技術(shù),使用Hipims技術(shù)制備的薄膜具有結(jié)構(gòu)致密、表面光滑、膜基結(jié)合力高、均勻性好等優(yōu)點(diǎn) 。
優(yōu)點(diǎn):
●與現(xiàn)有濺射系統(tǒng)兼容
●提高等離子體密度
●濺射粒子離化,具有高能量
●優(yōu)異的填孔沉積(高臺(tái)階覆蓋率)
●低溫沉積晶化薄膜
●獲得高致密、高性能薄膜
HIPIMS技術(shù)與雙極板涂層
涂層影響因素可以主要分為工作環(huán)境、工作條件兩大類。在電堆運(yùn)行的過(guò)程中,溫度、PH值、氫氣濃度及壓力等改變都會(huì)影響它的性能。包括電勢(shì)、瞬態(tài)電勢(shì)等也會(huì)對(duì)它有一定的影響,所以需要優(yōu)化涂層結(jié)構(gòu),以提高整個(gè)電堆的性能。
HCVAC作為一家專業(yè)真空設(shè)備供應(yīng)商,公司致力于推動(dòng)雙極板涂層產(chǎn)業(yè)化,所有的開(kāi)發(fā)涂層工藝測(cè)試基于量產(chǎn)化;HIPIMS技術(shù)與現(xiàn)有濺射系統(tǒng)兼容,高能量、可以獲得高致密、高性能薄膜的特性,因此用HIPIMS+MS來(lái)制備Ti+SCG復(fù)合涂層,改善膜層導(dǎo)電和耐蝕性能 。
HCVAC雙極板涂層設(shè)備
HCVAC推出適用于客戶小批量生產(chǎn)到大批量生產(chǎn)的立式多腔室連續(xù)涂層設(shè)備,采用模塊化設(shè)計(jì),可以方便的對(duì)設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展;滿足了大批量工業(yè)生產(chǎn)需求,多腔室連續(xù)涂層設(shè)備可以有效的突破雙極板涂層生產(chǎn)瓶頸,為雙極板工業(yè)化生產(chǎn)提供切實(shí)有效的解決方案。
“交鑰匙工程”實(shí)現(xiàn)提質(zhì)降本
做好金屬雙極板板涂層,必須靠工藝、設(shè)備和材料三方面的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與深度融合。在此基礎(chǔ)上HCVAC提出了“交鑰匙工程”設(shè)備解決方案,可以根據(jù)客戶需求提供定制化真空應(yīng)用解決方案,在鍍膜工藝、設(shè)備、材料和售后等環(huán)節(jié)整體統(tǒng)一與有效協(xié)同,幫助企業(yè)降低涂層成本。
來(lái)源:廣東匯成真空科技股份有限公司
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