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燃料电池钛双极板表面HiPIMS生成可调TiN涂层性能研究

金属双极板；HiPIMS；氮化钛；导电耐蚀

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)最重要的组成部分，有着支撑膜电极组件、提供电子连接、水/热传输和气体流动通道的重要功能。金属双极板因其高导电性、易加工、低成本的优点，是双极板极佳的候选材料。然而，在PEMFC的酸性工作环境中，金属易发生腐蚀，这不仅会导致双极板导电性能下降，还会影响电池堆的其它组件。因此如何提高金属双极板的耐蚀性和导电性十分重要。本文通过高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)在钛合金表面制备了TiN薄膜，研究了氮气流量对薄膜导电性、疏水性、耐蚀性及微观结构的影响。在氮气流量为8 sccm时，所制备的样品表面光滑致密，薄膜厚度约为660 nm，拥有最佳的导电性、疏水性和耐蚀性，其界面接触电阻值可低至3.51 mΩ·cm²，水接触角高达98.5°，同时在模拟PEMFC阴极工作环境(0.6V)下的腐蚀电流密度降至0.278 uA·cm^-2。为了进一步评价TiN薄膜的稳定性和耐久性，在模拟PEMFC阴极工作环境(0.84 V)下进行了72 h的恒电位极化测试，腐蚀电流密度均小于1 uA·cm^-2 。导电性和耐蚀性都可以满足DOE 2025的要求。