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PEMFC用非晶碳膜金属双极板的研究进展
概述
聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）是一种具有高效、清洁和可持续的能量转换技术，被广泛应用于交通运输、农业、家庭和商业等领域。金属双极板作为PEMFC中透气性和电导性的关键组件，对燃料电池的性能有着明显的影响。针对传统金属双极板存在的缺点，如板材加工复杂、成本高、产生尖锐角度、存在微观蚀刻等问题，近年来，利用非晶碳膜技术制备非晶碳膜金属双极板逐渐受到研究者的重视。本文将综述非晶碳膜金属双极板在PEMFC中的研究进展、制备方法和应用前景。
研究进展
非晶碳膜金属双极板具有溶剂挥发速度快、耐腐蚀性强、压缩性好、成本低等优点，近年来成为研究的热点之一。非晶碳膜金属双极板在PEMFC中的研究可以分为两个方向：一是探索制备工艺；二是优化性能。以下分别阐述具体内容。
1.制备工艺
电化学沉积法、磁控溅射法、离子束沉积法等多种制备方法被用于制备非晶碳膜金属双极板。其中，磁控溅射法因其制备过程无电解液参与，高纯度和优异质量的膜层等特点成为研究的重点。Kang等采用磁控溅射法制备了非晶碳膜规整且性能稳定的镍铬双极板，结果表明，非晶碳膜能提高双极板表面的表观电化学活性，提高反应速率和转化效率。谭等采用磁控溅射法在氧化铁表层上制备了非晶碳膜，进而制备出具有低电阻、高稳定性和优异耐腐蚀性等性能的铁基非晶碳膜双极板。这些研究表明，磁控溅射法具有制备非晶碳膜金属双极板的巨大潜力，但目前还需要进一步的深入研究。除此之外，液相法、物理气相沉积法等制备方法也正在逐渐受到关注。
2.性能优化
非晶碳膜金属双极板的性能优化工作也在逐渐展开。为提高非晶碳膜金属双极板的导电性和催化活性，在合成非晶碳膜的同时引入了一定量的金属颗粒。Yi等采用磁控溅射法制备了一种镍基催化剂/非晶碳膜/纳米结构双极板，并对其电催化性能进行了测试，结果表明该双极板具有较高的电催化活性和良好的稳定性。此外，基于表面修饰的方法、合成不同形貌的非晶碳膜、控制制备参数等方面也被广泛研究，其目的是提高非晶碳膜金属双极板的性能，以满足燃料电池更加严格的应用要求。
制备方法
目前，制备非晶碳膜金属双极板常见的方法有磁控溅射法、液相沉积法和物理气相沉积法等。其中，磁控溅射法具有加工工艺简单、成本低以及制备出来的膜层结构稳定等优点。下面以磁控溅射法为例，介绍一下具体制备方法。
磁控溅射法制备非晶碳膜金属双极板的具体工艺步骤如下：
1.准备金属基底，将其放入真空室中。
2.通过靶材中的原子或分子释放，利用辉光放电或磁控电离等方法将其离子化，加速到靶材上，使靶材表面发生溅射现象，将靶材物质沉积到基底表面。
3.调控气压、溅射功率和沉积时间等参数，使溅射工艺满足非晶碳膜生长的需要。
4.沉积完成后进行离线处理或在线处理，使非晶碳膜均匀、致密、无裂纹。
应用前景
非晶碳膜金属双极板具有良好的电化学性能，其在PEMFC中的应用前景十分广阔。传统的非晶碳膜金属双极板的制备存在诸多问题，在此基础上开发出一套高效、健康、环保的制备方案具有重要的现实意义。随着科技的不断进步，非晶碳膜金属双极板的性能将不断优化，为实现燃料电池的商业化应用提供了有力支持。
结论
非晶碳膜金属双极板是PEMFC中的重要组成部分，其性能优化和制备方法的研究成为当前的热点问题。本文综述了非晶碳膜金属双极板在PEMFC中的研究进展，并介绍了其制备方法和应用前景。未来，应进一步加强研究，开展更加深入的探索和实验，进一步优化非晶碳膜金属双极板的性能，为燃料电池的广泛应用提供有力支持。