表面覆有碳膜的金屬材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面覆有碳膜的金屬材料；特定言之，本發(fā)明尤其關(guān)于一種可使用于燃料電池的雙極板材料的制造的表面覆有碳膜的金屬材料。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于能源短缺及地球溫室效應等因素，氫供系統(tǒng)的燃料電池(fuel cell)的發(fā)展引起人們的注意，蓋燃料電池非但無非充電電池(non-chargeable battery)用完即丟棄所導致的環(huán)保上的問題，亦可免除傳統(tǒng)充電電池(chargeable battery)需進行耗時充電程序的缺點。此外，燃料電池的排放物(例如水)對環(huán)境亦無危害。
[0003]一般而言，燃料電池零組件包含膜電極組(membrane-electrode assembly，MEA)、氣體擴散層、及具有氣體流道的雙極板(Bipolar plate)等。其中雙極板占燃料電池約90 %的體積，系影響電池功率密度與制作成本的重要因素，其作用為電流的收集與傳送、氣體的分布以及熱管理等，故一般以具備優(yōu)良的電傳導性、熱傳導性、機械強度、防腐蝕性與化學安定性者為益。
[0004]目前的雙極板材料通常系以石墨、復合材料或剛性較好的金屬材料為主。其中，以石墨的使用歷史最為悠久、且最常用，其具有良好導電性及抗蝕性，但缺點為加工(如車肖IJ、鉆孔、或薄型化)不易、機械強度不足、價格昂貴及氣密性不佳。復合材料，以高分子/石墨復合材料為例，雖然其價格較為低廉，但其機械性能不佳且導電率不如商用石墨，故仍未能廣為應用。因此，價格低廉且導電性及機械性能均優(yōu)于商用石墨的金屬雙極板，已被認為是未來燃料電池雙極板的主流。
[0005]然而，金屬材料在燃料電池雙極板的應用上，并非全無缺點。其常見的一個缺點為，金屬材料(例如不銹鋼、鎳合金、鋁合金等)在燃料電池嚴苛的操作環(huán)境下，易被腐蝕而釋放出金屬離子，進而影響燃料電池的壽命，因此，必須提高金屬材料表面的抗腐蝕性，以提升其應用性。常見的一手段為在金屬基材表面覆蓋上一層惰性貴金屬(如銀、金、鉑、鈀等)，然而這些貴金屬的使用將大幅增加成本。此外，亦已提出在金屬基材表面披覆碳膜，以阻絕腐蝕環(huán)境。例如，美國專利第5，068，126號揭示使用熱裂解化學氣相沉積法以在不同合金基板表面上形成粒狀石墨堆積層，隨后再以物理氣相沉積工藝以在石墨堆積層表面披覆金屬合金鍍膜，最后再于金屬合金鍍膜表面沉積一粒狀碳堆積層。惟此一方法除過程繁雜外，所制得的表面覆有碳膜的金屬材料由于該石墨堆積層及該粒狀碳堆積層均系由顆粒狀石墨堆積而成，并非連續(xù)且致密的碳膜，因此無法于例如燃料電池的嚴苛腐蝕環(huán)境中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是在不使用昂貴的貴金屬、且不需預先形成觸媒層的情況下，簡易地制得表面覆有連續(xù)且致密的碳膜的金屬材料，其中碳膜系牢固地生長在金屬表面，其導電性十分優(yōu)良，且具有雙相結(jié)構(gòu)(非晶相及類石墨相)，不易被強酸/強堿穿透侵蝕。因此本發(fā)明金屬材料可于嚴苛的化學/電化學環(huán)境中使用，并可取代特定用途的昂貴高密度石墨塊材。
[0007]—種表面覆有碳膜的金屬材料，包含:一金屬基材；以及一碳膜，包含非晶相及類石墨相；鐵、銅、鋁、鎳、鈦、前述的合金、及前述的組合；其中該金屬基材系選自以下群組:不銹鋼、平碳鋼、低合金鋼、銅合金、鋁合金、鎳合金、鈦合金、及其組合；其中該金屬基材系不銹鋼或平碳鋼；其中該碳膜系一單層結(jié)構(gòu)，其厚度為約60微米；其中以波長為約514.5納米的氬氣激光作為測量光源，測得該碳膜的拉曼光譜學R值系為0.25 ;其中該碳膜系一多層結(jié)構(gòu)；其中該碳膜包含一或多層非晶相層及一或多層類石墨相層，彼此交替堆迭。
【具體實施方式】
[0008]—種表面覆有碳膜的金屬材料，包含:一金屬基材；以及一碳膜，包含非晶相及類石墨相；鐵、銅、鋁、鎳、鈦、前述的合金、及前述的組合；其中該金屬基材系選自以下群組:不銹鋼、平碳鋼、低合金鋼、銅合金、鋁合金、鎳合金、鈦合金、及其組合；其中該金屬基材系不銹鋼或平碳鋼；其中該碳膜系一單層結(jié)構(gòu)，其厚度為約60微米；其中以波長為約514.5納米的氬氣激光作為測量光源，測得該碳膜的拉曼光譜學R值系為0.25 ;其中該碳膜系一多層結(jié)構(gòu)；其中該碳膜包含一或多層非晶相層及一或多層類石墨相層，彼此交替堆迭。
【主權(quán)項】
1.一種表面覆有碳膜的金屬材料，包含:一金屬基材；以及一碳膜，包含非晶相及類石墨相；鐵、銅、鋁、鎳、鈦、前述的合金、及前述的組合；其中該金屬基材系選自以下群組:不銹鋼、平碳鋼、低合金鋼、銅合金、鋁合金、鎳合金、鈦合金、及其組合；其中該金屬基材系不銹鋼或平碳鋼；其中該碳膜系一單層結(jié)構(gòu)，其厚度為約60微米；其中以波長為約514.5納米的氬氣激光作為測量光源，測得該碳膜的拉曼光譜學R值系為0.25 ;其中該碳膜系一多層結(jié)構(gòu)；其中該碳膜包含一或多層非晶相層及一或多層類石墨相層，彼此交替堆迭。
【專利摘要】一種表面覆有碳膜的金屬材料。該金屬材料包含：一金屬基材、以及一碳膜，該碳膜系包含非晶相及類石墨相。
【IPC分類】H01M4/96
【公開號】CN105355940
【申請?zhí)枴緾N201510883502
【發(fā)明人】張小莉
【申請人】重慶動沃機車產(chǎn)業(yè)有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月3日