氫燃料電池展獲悉，氫能及燃料電池技術(shù)是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是北京市政府新能源汽車推廣應(yīng)用工作方案中的重點核心環(huán)節(jié)之一。近日，北京市科學(xué)技術(shù)研究院輻射技術(shù)研究所的歐伊翔研究團(tuán)隊依托財政資金創(chuàng)新工程項目，圍繞高性能涂層關(guān)鍵制備技術(shù)與氫能及燃料電池核心關(guān)鍵材料技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域重大需求，自主研發(fā)了一套適用于氫燃料電池金屬雙極板涂層的工藝裝備，并進(jìn)行了金屬雙極板涂層的試制，具備了小批量生產(chǎn)的條件。

雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)的核心關(guān)鍵部件，對燃料電池的壽命、成本及性能具有重要影響。相比于石墨雙極板和碳基復(fù)合材料雙極板，金屬雙極板體積小、強(qiáng)度高、導(dǎo)電性能優(yōu)異，已成為PEMFC雙極板的主流材料。但是，金屬雙極板在PEMFC酸性環(huán)境中產(chǎn)生腐蝕開裂，且雙極板表面生成的氧化膜會降低其導(dǎo)電性，嚴(yán)重阻礙了金屬雙極板的進(jìn)一步工程應(yīng)用。為解決金屬雙極板的耐腐蝕問題，開發(fā)一種具有高強(qiáng)韌性、導(dǎo)電性、耐腐蝕的超薄涂層材料及其大面積工程制備技術(shù)是實現(xiàn)高性能、長壽命、低成本的金屬雙極板電堆的關(guān)鍵，但是現(xiàn)有涂層制備技術(shù)目前尚有不足，國產(chǎn)設(shè)備難以滿足氫燃料電池金屬雙極板制備的需要，相關(guān)涂層技術(shù)裝備受制于國外。

圖1.深振蕩磁控濺射離子增強(qiáng)沉積技術(shù)平臺

歐伊翔團(tuán)隊基于多年在高性能涂層制備技術(shù)及工藝的經(jīng)驗，設(shè)計并集成了四靶閉合場非平衡磁控濺射系統(tǒng)、脈沖直流電源和深振蕩磁控濺射電源，研制了低能量、高通量的等離子體增強(qiáng)沉積技術(shù)一體化裝備。同時，利用國際前沿技術(shù)-深振蕩磁控濺射離子增強(qiáng)沉積技術(shù)，自主研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的金屬雙極板涂層可控制備技術(shù)，并研發(fā)了適合金屬雙極板涂層小批量制備工藝。

圖2.(a)無氫超薄(Cr,Ti)-C-N/a-C 納米涂層的XRD圖譜和(b)0.84 V恒電位極化腐蝕曲線

研究團(tuán)隊制備的金屬雙極板涂層在材料成本、性能和壽命以及技術(shù)裝備均優(yōu)于市場同類競品。經(jīng)檢測，深振蕩磁控濺射離子增強(qiáng)沉積技術(shù)制備的金屬雙極板用無氫超薄(Cr,Ti)-C-N/a-C納米涂層，涂層的表面納米硬度≥12GPa、斷裂韌性K1c≤3MPam1/2、接觸電阻≤3mΩ·cm2、腐蝕介質(zhì)PH=3,HSO4+0.lppm HF溶液中動電位陽極極化和0.84V恒電位極化腐蝕電流密度≤1x10-7 A·cm2，這些核心關(guān)鍵指標(biāo)均高于市場競品指標(biāo)，具有巨大市場應(yīng)用。后續(xù)，將繼續(xù)推進(jìn)金屬雙極板涂層技術(shù)裝備的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

目前，該成果的研發(fā)團(tuán)隊已發(fā)表高水平論文4篇，申請發(fā)明專利5項，授權(quán)實用新型專利2項，申請軟件著作權(quán)登記2項。項目開發(fā)的深振蕩磁控濺射離子增強(qiáng)平臺承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金面上項目1項、國防XX項目2項、企業(yè)委托項目3項，推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化項目1項。此外，歐伊翔團(tuán)隊受Progress in Materials Science期刊(IF=48.165)邀請，撰寫“Recent advances and strategies for high-performance coatings”，重點評述了團(tuán)隊在深振蕩磁控濺射離子增強(qiáng)沉積技術(shù)成果。接下來，該研究團(tuán)隊進(jìn)一步針對單電堆性能及大功率堆性能與壽命的研究，同時，聚焦產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的難點問題，解決氫能領(lǐng)域企業(yè)的應(yīng)用技術(shù)難點，并開展進(jìn)一步產(chǎn)學(xué)研合作，加快研發(fā)成果應(yīng)用，助力我國氫能及燃料電池領(lǐng)域的發(fā)展。

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