[实用新型]一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统

说明书

一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统，主要包括：依次为进片腔室、过渡层沉积腔室、金属碳化物层沉积腔室和出片腔室；各个腔室的进出口均设有腔室阀门，腔室阀门将两侧的腔室相互隔开；样品传动装置穿过各个腔室内的底部，形成一条闭合回路；样品架设在样品传动装置上，带着样品从左至右依次穿过各个腔室。本实用新型采用非平衡磁场和平衡磁场的结合，对磁场方式，电源系统和靶基距的匹配优化，提高了金属碳化物涂层的结合性能和稳定性能；采用连续化的小型沉积设备，引入机械手等自动化设备实现对金属碳化物涂层的快速沉积，可降低涂层制备成本。

技术领域

本实用新型属于燃料电池技术领域，涉及一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统。

背景技术

随着社会的不断发展，煤炭石油等化石能源储量有限以及对生态环境产生的恶劣影响，清洁和可再生能源得到广泛应用并获得巨大重视。其中燃料电池作为一种通过电化学反应直接产生电能的发电装置已经得到诸多机构和人员的关注，以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）更是得到广泛的应用，应用范围已经包括汽车，无人机、固定电站等。在质子交换膜燃料电池当中，极板承担着分配气体，传到热量，支撑膜电极等作用，此外，在燃料电池运行过程当中，极板工作温度可达65～85℃，同时处在pH=3的酸性溶液环境当中，并且存在着一定的电位，电位大小从0.6～1.6V变化不等。没有经过任何处理的金属极板来说，在这种环境下持续工作会产生严重的电化学腐蚀，进而造成燃料电池性能的衰减和寿命的下降。通过对极板进行相应的表面改性，如沉积涂层，以进一步提高燃料电池极板的导电性能和耐腐蚀性能。而在一个燃料电池电堆当中，数十片极板和膜电极堆叠装配在一起，对极板的一致性和均匀性也提出了更高的要求，以满足燃料电池上千小时的寿命要求。

目前在燃料电池金属极板的表面处理改性方面主要有四种类型的涂层，分别是贵金属涂层、石墨涂层、导电聚合物涂层和金属陶瓷涂层。虽然其中的贵金属涂层和石墨涂层均具有良好的化学稳定性和良好的导电性，但是贵金属涂层限于材料选择具有很高的材料成本，而石墨涂层由于沉积速率过慢带来较高的时间成本，因此过高的材料成本和时间成本都不利于大批量大面积生产。导电聚合物涂层的化学性能并不十分稳定，同时材料本身的机械性能以及结合性能限制了其广泛应用。

对于金属陶瓷涂层来说，尤其是金属碳化物涂层具有极其优异的导电性能和耐腐蚀性能，同时它的沉积速率快、生产成本低等特点，使其在实际生产过程当中得到了广泛的应用。在金属碳化物涂层当中碳原子和金属原子之间通过强有力的化学键形成晶体从而具有较高的导电性，但是受沉积环境以及沉积工艺的影响金属碳化物涂层当中依然会存在着少量的金属单质，而这些金属单质在极板服役过程中会逸出造成涂层性能的下降和寿命的降低。

目前针对金属碳化物涂层的制备大多数都集中在单体设备的研究上，而单体设备的生产效率远远低于连续化设备，且可调控参数有限，不利于大批量的生产。同时金属碳化物涂层的导电性能相比于石墨涂层以及贵金属涂层还有较大的提升，因此可以通过在沉积过程中引入氢气对涂层进行刻蚀能有效地促进金属碳化物晶体的形成，使导电颗粒暴露在涂层表面，从而进一步改善涂层的导电性能和耐腐蚀性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统，以克服现有技术存在的上述问题。

一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统，其特征在于，主要包括：依次为进片腔室、过渡层沉积腔室、金属碳化物层沉积腔室和出片腔室；各个腔室的进出口均设有腔室阀门，所述腔室阀门将两侧的腔室相互隔开；样品传动装置穿过各个腔室内的底部，形成一条闭合回路；样品架设在所述样品传动装置上，带着样品从左至右依次穿过各个腔室。

进一步地，本实用新型的一种燃料电池极板金属碳化物涂层的四腔体沉积系统，在所述进片腔室、过渡层沉积腔室、金属碳化物层沉积腔室和出片腔室内，还分别配备有独立的真空系统、电源系统以及气路系统。