一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池与流程

本发明涉及一种燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池。

背景技术：

双极板是pemfc电堆的最关键部件之一，其成本在电堆的成本中占35％左右。双极板主要用于传递电子、传递热量、收集气体、分割单电池等。因此，开发具有高导电导热性，低气体渗透率，高机械强度，高耐腐蚀性，易于加工流道等特点的材料是目前双极板研究的主要目标。

目前，金属双极板的主要制备方法是采用物理气相沉积法在金属基板上沉积涂层。但是，现有技术至少存在如问题：

(1)涂层与金属基板的结合力差，造成双极板寿命比较短，经过数百到数千小时后，涂层往往会出现脱落、内部腐蚀现象。

(2)由于物理气相沉积的固有特点，会使涂层的内部及表面均存在针孔，腐蚀介质通过针孔进入膜层内部达到金属基体，腐蚀基体。虽然，现有技术也对针孔缺陷提出了修复方案，但是现有的修复方案只能封闭耐腐蚀涂层表面的孔隙，对耐腐蚀涂层内部孔隙的封闭能力有限。

(3)由于离化效率比较低，导致薄膜沉积速度比较慢，一般沉积速度只有几个纳米每分钟，导致整体镀膜时间比较长。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种金属双极板及其制备方法以及燃料电池，主要目的在于提供一种耐腐蚀性良好、涂层不易脱落的金属双极板。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种金属双极板，其中，所述金属双极板包括：

金属基板；

ni纳米层，所述ni纳米层沉积在所述金属基板上；

石墨烯层，所述石墨烯层制备在所述ni纳米层上；

优选的，所述石墨烯层原位生长在所述ni纳米层上。

优选的，所述金属双极板还包括：

非晶碳膜，所述非晶碳膜沉积在所述石墨烯层上。

优选的，在所述石墨烯层和非晶碳膜之间具有过渡部分；其中，所述过渡部分的成分包括石墨烯和非晶碳。

优选的，所述石墨烯层为偏压等离子体化学气相沉积涂层；和/或所述ni纳米层为物理气相沉积涂层；优选的，所述ni纳米层为多弧离子镀沉积涂层；和/或所述非晶碳膜为偏压等离子体化学气相沉积涂层。

优选的，所述非晶碳膜的厚度为50nm-10μm；和/或所述ni过渡层的厚度为20～500nm；和/或所述石墨烯层的层数为5-20层(所谓的石墨烯层数是指单层的碳原子层的堆叠。在材料学上20层以内的碳原子层的堆叠均可以成为石墨烯层)；和/或所述石墨烯层的总厚度为1-5nm。

优选的，所述金属双极板的涂层结合力为50-55n；和/或

所述金属双极板的接触电阻为0.8-1.5mω·cm²；和/或

所述金属双极板的腐蚀电位为305-355mv；和/或

所述金属双极板的腐蚀电流为8.5×10^-8-2.0×10^-7a/cm²；和/或所述金属双极板的导热系数为170-200w/(m.k)。

另一方面，所述的金属双极板的制备方法，包括如下步骤：

预处理，对所述金属基板进行预处理；

沉积ni纳米层，在所述金属基板上沉积ni纳米层；

制备石墨烯层，在ni纳米层上制备石墨烯层；

优选的，所述预处理包括如下步骤：

第一次预处理：对金属基板依次进行除油处理、抛光处理、清洗处理、干燥处理；

第二次预处理：对金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理；优选的，采用偏压磁控多弧离子镀膜设备对所述金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理；优选的，所述第二次预处理的步骤，包括：将金属基板送入真空室后，将真空室的真空度抽至1×10^-3～5×10^-3pa；将金属基板加热至150～300℃；向所述真空室中通入惰性气体或氮气，将所述真空室的气压维持在0.05-1pa；在-200～-1000v的偏压下，对金属基板进行表面离子溅射和刻蚀活化处理3-15min。

优选的，采用物理气相沉积法在所述金属基板上沉积ni纳米层；优选的，采用多弧离子镀沉积法在所述金属基板上沉积ni纳米层；优选的，所述沉积ni纳米层的步骤，包括：将金属基板放置在真空室中；将真空室中的真空度抽至3×10^-3～5×10^-3pa；通入50-500sccm的氮气或惰性气体，使所述真空室的气压维持在0.05～1pa；打开镍多弧靶，在金属基板上沉积ni纳米层；优选的，镍多弧靶的电流为50a-600a、偏压为-100～-1000v；优选的，金属基板的温度为150～500℃；优选的，沉积时间为90s～10min。

优选的，采用偏压等离子体化学气相沉积法在ni纳米层上原位生长石墨烯层；优选的，所述制备石墨烯层的步骤，包括：将金属基板放置在真空室中，将真空室的真空度抽至3×10^-3～5×10^-3pa；通入稀释气体，将真空室内的气压维持在0.8-1.0kpa；开启等离子体电源，使稀释气体起辉，电离产生等离子体；通入碳源气体，将真空室内的气压调节在3-5kpa，在ni纳米层上沉积石墨烯层；优选的，所述稀释气体选用氢气；所述稀释气体的通入量为450-550sccm；优选的，碳源气体选用甲烷和/或乙炔；所述碳源气体的通入量为5-10sccm；优选的，在所述制备石墨烯层的步骤中，沉积时间3-20min；优选的，在所述制备石墨烯层的步骤中，金属基板的温度为450-750℃。

优选的，所述金属双极板的制备方法还包括如下步骤：沉积非晶碳膜：在所述石墨烯层上沉积非晶碳膜；优选的，采用偏压等离子体化学气相沉积法在石墨烯层上沉积非晶碳膜；优选的，在所述沉积非晶碳膜的步骤中：所述金属基板的温度为180-300℃；碳源气体的通入量为50-100sccm，将真空室内的气压维持在7.5-10kpa；偏压为700-1000v；沉积时间为20min-1h。

再一方面，本发明实施例还提供一种燃料电池，其中，所述燃料电池包括上述任一项所述的金属双极板。

与现有技术相比，本发明的金属双极板及其制备方法以及燃料电池至少具有下列有益效果：

本发明实施例提供的金属双极板及其制备方法，通过在金属基板上先沉积ni纳米层，再在ni纳米层上制备石墨烯层，在此，ni纳米层一方面可以提高涂层与金属基板的结合力，另一方面，ni纳米层的存在可以诱导催化在其表面形成石墨烯层；石墨烯材料通常只有几个纳米，具有致密性好，无针孔，耐腐蚀性好，导电、导热等优点。因此，本发明实施例的金属双极板具有优异的涂层结合性能、耐腐蚀性能、以及导电性能。

进一步的，本发明实施例提供的金属双极板及其制备方法，通过在石墨烯层上沉积非晶碳膜，可以延长金属双极板的使用寿命(燃料电池在实际工作环境中，双极板会间歇性的在高电位下工作，造成石墨烯氧化，为提高双极板的寿命，本发明实施例在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜)。

进一步的，本发明实施例制备金属双极板时，先采用物理物理气相沉积pvd法在金属基板上沉积ni纳米层、再采用偏压等离子体化学气相沉积法(pecvd)制备石墨烯层、非晶碳膜，这样设置不仅有利于ni纳米层诱导催化在其表面形成石墨烯层，还能提高金属双极板的镀膜速度。

另外，本发明实施例提供的燃料电池包括上述金属双极板，由于上述金属双极板的结合力、耐腐蚀性及导电性等性能较优异，因此，本发明实施例提供的燃料电池的稳定性较好。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种金属双极板的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

一方面，本发明实施例提供一种金属双极板，如图1所示，该金属双极板包括：金属基板1、ni纳米层2、石墨烯层3。其中，ni纳米层2沉积在金属基板1上。石墨烯层3制备在所述ni纳米层1上(优选的，石墨烯层3原位生长在ni纳米层1上)。较佳地，本发明实施例的金属双极板还包括非晶碳膜4；其中，非晶碳膜4沉积在石墨烯层3上。

在此，本发明实施例提供的金属双极板先在金属基板上沉积ni纳米层，ni纳米层不仅起到过渡层的作用，提高金属基板与其它层之间的结合力，而且，ni纳米层的存在诱导催化在其表面形成一层薄的石墨烯层，均匀覆盖在ni纳米层的表面；并且，在ni纳米层表面沉积的石墨烯层通常只有几个纳米，具有致密性好，无针孔，耐腐蚀性好，导电、导热等优点。由此可见，上述结构的金属双极板ni纳米层、石墨烯层能够发生协同作用，提高金属双极板中涂层的结合力、金属双极板的耐腐蚀性及导电性。

另外，等离子化学气相沉积法在沉积薄膜的过程中涉及化学反应。具体到本专利中碳基薄膜的制备，反应气体为含碳气体包括甲烷、乙炔、含苯环气体等在还原性气体氢气(高温条件下)条件下，置换出碳元素在基体表面沉积碳膜。以镍基底生长石墨烯主要是利用金属镍在低温下对碳的溶解度较低，在高温状态下对碳的溶解度较高的性质。通过在高温条件下催化碳源分解，在碳原子扩散到金属镍中形成固溶体，在冷却过程中，随温度降低，碳原子在镍中的溶解度不断降低，过饱和的碳在洗出到镍表面形成石墨烯薄膜。

在此，本发明的镍纳米层还可以生长石墨烯层(同时，本发明的铜纳米层也可以生长石墨烯层，但是两者的生长原理不同，能生长的石墨烯层的厚度不同，使得金属双极板的性能也不同)。镍纳米层生长石墨烯机理为“溶解析出”在高温下吸收碳，在低温条件下溶解碳的能力下降，就在镍的表面形成石墨烯层。不同的机理导致在镍纳米层表面形成的石墨烯中碳原子的层数比较多在5-20层之间，石墨烯层的厚度为1-5nm左右。有镍纳米层制备的石墨烯存在厚度不均匀，缺陷多的特点。

在镍的晶界处形成碳纳米团簇和褶皱。这些团簇和褶皱相表层的非晶碳膜层取向，嵌入非晶碳膜层，形成“锚定效应”提高了涂层内部的结合力。另外，镍纳米层与金属双极板基体特别是不锈钢双极板的热膨胀系数相似，成分相近，使得涂层与基体有了更好的结合力。

金属双极板的一个重要作用是导热，而石墨烯材料与碳材料相比有更好的导热系数。采用镍纳米层制备的石墨烯厚度是铜纳米层制备石墨烯厚度的5倍，因此在导热性能上，镍涂层生长石墨烯层的金属双极板更佳。

燃料电池在实际工作环境中，双极板会间歇性的在高电位下工作，造成石墨烯氧化，为提高金属双极板的寿命，本发明的实施例通过在石墨烯层表面沉积非晶碳膜来延长金属双极板的寿命。

较佳的，金属基板选用不锈钢板(如，316l不锈钢)、钛片、铝合金板等。

另一方面，上述金属双极板的制备方法，包括如下步骤：

1、预处理：对金属基板进行预处理操作，提高金属基板的清洁度及表面粗糙度。该步骤具体包括：

11)第一步预处理：对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏或金刚石抛光膏等光亮剂对基体进行抛光处理，一方面取出表面的氧化皮，另一方面通过抛光处理减少表面的纹理和缺陷，提高金属基板的平整度。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

该步骤是为了提高金属基板的清洁度、粗糙度，增大金属基板的比表面积，从而增强金属基板与涂层之间的结合力。

12)第二步预处理：在真空状态下，对金属基板进行离子溅射和刻蚀活化处理。

具体地，采用偏压磁控多弧离子镀膜设备，将装有金属基板的卡具装入真空室中，抽真空到1×10^-3pa～5×10^-3pa，优选为2.0×10^-3pa，将金属基板加热至150-300℃，通入300-600sccm惰性气体或氮气，控制真空度在0.05-1pa，偏压设定在-200v～-1000v，进行表面离子溅射和刻蚀活化，时间控制在3min-15min。

在此，通过进行离子溅射、刻蚀活化处理预处理操作的目的是：为了进一步除去金属基板表面的氧化物；同时，通过离子溅射和刻蚀活化可以进一步提高金属基板表面的粗糙度，增加比表面积，加强金属基板与涂层之间的结合力。

2、沉积ni纳米层：采用物理气相沉积法在所述金属基板上沉积ni纳米层；优选的，采用多弧离子镀沉积法在所述金属基板上沉积ni纳米层。

该步骤具体为：在真空室中，通入氮气或惰性气体，打开铜多弧靶，控制靶电流进行沉积。较佳地，该沉积步骤在偏压磁控多弧离子镀膜设备中进行。较佳地，在该步骤中，镀膜状态下，维持真空度在3×10^-3pa～5×10^-3pa,氮气或惰性气体通入量为50～500sccm，分压维持在0.05～1pa，多弧靶电流为50a-600a之间，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压设备为-100～-1000v之间，基片温度控制在150～500℃之间；沉积时间为90s～10min。

3、制备石墨烯层：采用偏压等离子体化学气相沉积法在ni纳米层上制备石墨烯层；

所述制备石墨烯层的步骤在偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)设备中进行。具体包括：在真空室中，抽真空至3×10^-3pa～5×10^-3pa(优选为3×10^-3pa)，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8-1.0kpa,开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板升温至450-750℃，再通入5-10sccm的甲烷、乙炔等碳源气体，调整真空室内的气体压强为3-5kpa左右，在薄膜上原位生长石墨烯层，沉积时间为3-20min。

4、非晶碳膜沉积：采用偏压等离子体化学气相沉积法在石墨烯层上沉积非晶碳膜；

该步骤在偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)设备中进行。具体包括：调整衬底温度至180-300℃之间，调节甲烷、乙炔等碳源气体流量为50-100sccm，调整真空室内气体的压强为7.5-10kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v-1000v，在石墨烯层表面沉积非晶碳膜。沉积时间为20min-1h。

下面通过具体实验实施例进一步对本发明进行如下说明：

实施例1

本实施例的金属基板选定316l不锈钢。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气压维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至100a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-150v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为3min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，在真空室中，抽真空至3×10^-3pa，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8kpa，开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板加热至650℃，再通入5sccm的甲烷气体，调整真空室内的气体压强为3kpa左右，在ni纳米层上原位生长石墨烯层，沉积时间为5min。

5)调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至180℃，调节甲烷流量为50sccm，调整真空室内气体的压强为8kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜。沉积时间为20min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

实施例2

本实施例的金属基板选定316l不锈钢。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气压维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至80a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-220v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为5min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，在真空室中，抽真空至3×10^-3pa，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8kpa，开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板加热至650℃，再通入5sccm的甲烷气体，调整真空室内的气体压强为3kpa左右，在ni纳米层上原位生长石墨烯层，沉积时间为5min。

5)调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至180℃，调节甲烷流量为50sccm，调整真空室内气体的压强为8kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜。沉积时间为40min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

实施例3

本实施例的金属基板选定316l不锈钢。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用金刚石抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气体压力维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至100a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-150v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为3min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，在真空室中，抽真空至3×10^-3pa，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8kpa，开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板加热至750℃，再通入10sccm的甲烷气体，调整真空室内的气体压强为3kpa左右，在ni纳米层上原位生长石墨烯层，沉积时间为5min。

5)调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至180℃，调节甲烷流量为50sccm，调整真空室内气体的压强为8kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜。沉积时间为20min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

实施例4

本实施例的金属基板选定316l不锈钢。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气体压力维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至100a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-150v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为3min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，在真空室中，抽真空至3×10^-3pa，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8kpa，开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板加热至650℃，再通入5sccm的甲烷气体，调整真空室内的气体压强为3kpa左右，在ni纳米层上原位生长石墨烯层，沉积时间为5min。

5)调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至280℃，调节甲烷流量为70sccm，调整真空室内气体的压强为10kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜。沉积时间为30min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

实施例5

本实施例的金属基板选定钛片。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气体压力维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至100a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-150v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为3min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，在真空室中，抽真空至3×10^-3pa，通入稀释气体氢气，流量设定为500sccm，调节反应室内气体压强为0.8kpa，开启等离子体电源，使氢气起辉，电离产生等离子体，同时逐步升高功率和压强。将金属基板加热至650℃，再通入5sccm的甲烷气体，调整真空室内的气体压强为3kpa左右，在ni纳米层上原位生长石墨烯层，沉积时间为5min。

5)调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至180℃，调节甲烷流量为50sccm，调整真空室内气体的压强为8kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，在石墨烯层的表面沉积非晶碳膜。沉积时间为20min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

对比例1

本实施例的金属基板选定钛片。在该金属基板沉积涂层，制备成金属双极板的步骤，具体如下：

1)对金属基板依次进行除油、抛光、清洗、干燥处理。

具体地，对选定的金属基板用1m的氢氧化钠溶液在高温(80℃)下进行第一次除油处理；清洗干净后，再用酒精进行第二次除油清洗。然后，用氧化铝抛光膏对金属基板进行抛光处理。抛光完成后用纯水进行清洗，经过清洗的金属基板放入纯水中保存，使用前用洁净氮气吹扫干净。

2)采用偏压磁控电弧离子镀膜设备，将金属基板送入真空室中，将真空室的真空度抽至真空5×10^-3pa、并将金属基板加热到180℃、通入1pa左右的氩气、设定偏压-220v；对金属基板进行表面离子溅射、刻蚀活化，时间控制在5min。

3)开启衬底转架，镀膜状态下，维持真空室的真空度在3×10^-3pa；向真空室内通入300sccm的氩气，使真空室内的气体压力维持在0.3pa，开启ni多弧靶电源，调节电流至100a，保持工件偏压电源处于工作状态，偏压为-150v，金属基板的温度控制在200℃；在金属基板上沉积ni纳米层，沉积时间为3min。

4)将步骤3得到的沉积有ni纳米层的金属基板转移至偏压等离子体化学气相沉积(pecvd)炉中，调整衬底(即，依次沉积有ni纳米层和石墨烯层的金属基板)温度至180℃，调节甲烷流量为50sccm，调整真空室内气体的压强为8kpa左右，开启偏压电源，调整偏压为700v，沉积非晶碳膜。沉积时间为20min。沉积完成后关闭设备，自然冷却并取出金属双极板样品进行测试。

对实施例1-5和对比例1所制备的金属双极板样品进行性能测试，测试结果参见表所示。

表1为实施例1-5所制备金属双极板的性能测试数据

从表1中的数据可以看出，本发明实施例制备的金属双极板具有优异的导电性、耐腐蚀性，且涂层结合力较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。