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CN113991134B - 一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法 - Google Patents

一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及染料电池极板涂层技术领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法。所述涂层包括过渡层和非晶碳复合层；过渡层包括金属层和Me/C梯度层，Me为金属层元素，C为碳；非晶碳复合层包括非晶碳耐腐蚀层和非晶碳导电层；非晶碳耐腐蚀层有n个单元，每个单元由高偏置电压层和低偏置电压层组成。所述涂层的制备方法为采用物理气相沉积的方法在金属双极板表面依次制备金属层、Me/C梯度层、非晶碳耐腐蚀层、非晶碳导电层。本发明采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备非晶碳耐腐蚀层提高涂层耐腐蚀性，在非晶碳耐腐蚀层表面制备非晶碳导电层提高涂层的界面导电性，实现燃料电池金属双极板耐腐蚀性和高导电性的同步提升。

Description

一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及染料电池极板涂层技术领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)以氢气为能源，具有无污染、高效率、高能量密度等优点。其中双极板作为燃料电池的重要组成部分具有导电、传输反应气体、提供机械支撑等作用。因此双极板直接影响着燃料电池堆的寿命。其中金属双极板相较于传统的石墨双极板在制造加工、机械强度及成本方等方面的优势使其备受关注。燃料电池工作的环境为80℃左右、pH＝3左右的酸性溶液，由于常作为金属双极板的材料如不锈钢、钛等容易在酸性条件下钝化，导致金属双极板与气体扩散层的接触电阻升高，影响燃料电池输出功率。且钝化膜溶解出的金属离子会使催化剂中毒，影响燃料电池寿命。因此，仅靠金属基材制备双极板无法满足燃料电池的耐腐蚀、低接触电阻的要求。目前通常以在金属双极板表面镀膜的形式使其耐腐蚀能力和接触电阻达到要求。非晶碳兼具耐腐蚀和导电性，是一种可行的金属双极板涂层材料。
发明内容
基于上述内容，本发明提供一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层及制备方法。采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备多个重复单元的非晶碳耐腐蚀层来提高涂层耐腐蚀性，并在非晶碳耐腐蚀层表面制备非晶碳导电层提高涂层的界面导电性，实现燃料电池金属双极板耐腐蚀性和高导电性的同步提升。
本发明的技术方案之一，一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层，包括位于金属双极板上的过渡层和位于所述过渡层上的非晶碳复合层。
所述过渡层包括金属层和设置在所述金属层上的Me/C梯度层，其中，Me为金属层金属元素，C为碳。
所述非晶碳复合层包括非晶碳耐腐蚀层和设置在所述非晶碳耐腐蚀层上的非晶碳导电层。
所述非晶碳耐腐蚀层有n个单元，每个单元由高偏置电压层和低偏置电压层组成，所述n选自1-20的整数。
过渡层设置的目的，一方面，可以提高非晶碳涂层和金属双极板涂层之间的粘合性能，克服由于金属双极板和非晶碳涂层之间的元素差距导致的直接在金属双极板表面制备非晶碳涂层结合力不牢，容易出现分层、脱落、导电和电阻性能不佳的技术问题；另一方面，由于非晶碳涂层实际上为密集排列的柱状结构组成，分子之间存在孔隙结构，在液体环境中使用时，电解液容易通过孔隙结构渗透从而击穿涂层，影响涂层性能，而过渡层的设置则可以很好的避免电解液孔隙渗透击穿涂层的技术问题；
非晶碳复合层包括非晶碳耐腐蚀层和非晶碳导电层的目的：燃料电池金属双极板的涂层要求一般为接触电阻和腐蚀电流密度均越小越好，而如果只设置非晶碳耐腐蚀层则有可能导致涂层材料的耐腐蚀性能提升的同时导电性能下降，如果只设置非晶碳导电层则存在导电性能提升的同时耐腐蚀效果下降，因此，单层非晶碳涂层的设置并不能满足涂层导电性和耐腐蚀性能的双提升效果，本发明非晶碳层复合层设置非晶碳耐腐蚀层和非晶碳导电层，则可以充分利用各层优势实现低接触电阻和高耐腐蚀性能的统一。
非晶碳耐腐蚀层设置n个由高偏置电压层和低偏置电压层组成的单元的目的：不同偏置电压制备的非晶碳涂层的接触电阻和腐蚀电流密度不同，高偏置电压制备的非晶碳层耐腐蚀性能不佳，导电性较好，而低偏置电压制备的非晶碳层耐腐蚀性能很好，导电性则欠缺，因此，设置n个由高偏置电压层和低偏置电压层组成的单元，二者相互互补可以起到加强涂层的耐腐蚀性能的技术目的。优选的，高偏置电压层和低偏置电压层厚度比为1：(1-3)。
进一步地，所述金属层厚度10-100nm，所述Me/C梯度层厚度10-100nm，所述非晶碳复合层厚度0.5-2μm。
进一步地，所述燃料电池金属双极板为不锈钢和/或钛。
进一步地，所述金属层中金属元素选自Ti、Cr、Nb和W中的一种或多种。
进一步地，所述非晶碳耐腐蚀层为掺杂或未掺杂耐腐蚀性元素的类石墨碳涂层，所述耐腐蚀性元素为H、N、W中的一种或多种，掺杂时，所述耐腐蚀性元素的摩尔掺杂量为1-20％；
进一步地，所述非晶碳导电层为掺杂导电性元素的类石墨碳涂层，所述导电性元素为Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种，所述导电性元素的摩尔掺杂量为1-20％。
耐腐蚀性元素和导电性元素的掺杂起到辅助提高非晶碳层耐腐蚀性能和导电性能的作用，掺杂量过大会影响涂层材料中非晶碳涂层的含量，从而影响非晶碳层的性能。
本发明的技术方案之二，上述燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，采用物理气相沉积的方法连续的在金属双极板表面依次制备金属层、Me/C梯度层、非晶碳耐腐蚀层、非晶碳导电层，所述燃料电池金属双极板用非晶碳涂层一次性沉积完成。
进一步地，所述金属双极板在进行物理气相沉积前进行超声清洗，然后等离子体清洗；
进一步地，所述等离子体清洗包括以下步骤：抽真空度2×10-5torr以下，通氩气，以Me为溅射源控制靶电流为0.1～2A，在-50～-500V偏置电压下对金属双极板进行等离子体清洗30min。
进一步地，所述金属层的物理气相沉积条件：抽真空度2×10-5torr以下，通氩气，以Me材料为金属靶材，调节金属靶材电流为0.5～5A，金属双极板偏置电压为-50～-300V，持续磁控溅射1～60min得到金属层。
进一步地，所述Me/C梯度层的物理气相沉积条件：以石墨和Me材料为工作靶材，石墨靶电流物理气相沉积时间)内从0A升至0.5A～5A，Me材料靶电流物理气相沉积时间内由金属层沉积电流降低至0A，金属双极板偏置电压为-50～-300V，持续磁控溅射1～90min得到Me/C梯度层。
进一步地，进行氮掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：通氮气，氮气流量为1～30sccm，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压。
进一步地，进行氢掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：通入异丁烷，气体流量为1～30sccm，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时与石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压；
进一步地，进行钨掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：设置钨靶材和石墨靶材，控制钨靶材0.1～2A，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时与石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压；
不进行耐腐蚀性元素掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时与石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压。
进一步地，进行导电金属材料掺杂时，所述非晶碳导电层的物理气相沉积条件：以石墨和导电金属材料为工作靶材，控制石墨靶电流和制备非晶碳耐腐蚀层时石墨靶电流一致，导电金属材料靶电流0.1～2A，偏置电压-50～-200V，持续磁控溅射1～180min得到非晶碳导电层。
进一步地，不进行导电金属材料掺杂时，所述非晶碳导电层的物理气相沉积条件：以石墨为靶材，控制石墨靶电流和制备非晶碳耐腐蚀层时石墨靶电流一致，偏置电压-50～-200V，持续磁控溅射1～180min得到非晶碳导电层。
本发明的技术方案之三，上述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层在燃料电池中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备多个重复单元的非晶碳耐腐蚀层来提高涂层耐腐蚀性，并在非晶碳耐腐蚀层表面制备非晶碳导电层提高涂层的界面导电性，可大幅提高金属基材的耐腐蚀性及界面导电能力，同时提高金属双极板在燃料电池酸性环境中的使用寿命，可满足燃料电池金属双极板的使用要求。
附图说明
图1为本发明实施例3所述制备的非晶碳涂层的结构示意图；图中，1、金属板基底，2、金属层，3、金属和碳梯度过渡层，4、非晶碳耐腐蚀层，5、非晶碳导电层；
图2为本发明实施例5所述制备的非晶碳涂层的结构示意图；图中，1、金属板基底，2、金属层，3、金属和碳梯度过渡层，4、非晶碳耐腐蚀层，5、非晶碳导电层；
图3为本发明实施例5所述制备的非晶碳涂层的流程图；
图4为本发明实施例1-5制备的涂层与碳纸间的接触电阻测试结果图；
图5为本发明实施例1-5制备的涂层在80℃、pH＝3、0.1ppmHF的H2SO4溶液中腐蚀电流密度结果图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
涂层结构：从靠近基材一端沿涂层方向依次为：金属层-Cr/C梯度层-非晶碳导电层；其中金属层100nm，Cr/C梯度层100nm，非晶碳导电层600nm。
镀膜腔室共装有4个靶材，其中2个石墨靶材对置安装，银靶与铬靶对置安装；
(1)以316L不锈钢为基材，依次用去离子水、乙醇、石油醚对基材进行超声清洗并烘干；将基材固定于磁控溅射设备的工件架上，抽真空至2×10-5torr以下；通入氩气，并以铬为溅射源控制靶电流为0.3A，在-400V偏置电压下对基材进行等离子体清洗30min；
(2)调节铬靶电流至并5A，偏置电压调至-100V，持续30min沉积金属层；
(3)打开石墨靶，并使靶电流1h内从0A升至5A，同时使铬靶电流由5A降低至0A，沉积30min，获得铬和碳梯度过渡层；
(4)控制石墨靶电流在5A并打开银靶控制电流在1A，持续4h沉积掺银的非晶碳导电层。
实施例2
涂层结构：从靠近基材一端沿涂层方向依次为：金属层-Cr/C梯度层-非晶碳耐腐蚀层(n＝1)；其中金属层100nm，Cr/C梯度层100nm，非晶碳耐蚀层500nm。
镀膜腔室共装有4个靶材，其中2个石墨靶材对置安装，银靶与铬靶对置安装；
(1)以316L不锈钢为基材，依次用去离子水、乙醇、石油醚对基材进行超声清洗并烘干；将基材固定于磁控溅射设备的工件架上，抽真空至2×10-5torr以下；通入氩气，并以铬为溅射源控制靶电流为0.3A，在-400V偏置电压下对基材进行等离子体清洗30min；
(2)偏置电压调至100V，调节铬靶电流至并5A持续30min沉积金属层；
(3)打开石墨靶，并使靶电流1h内从0A升至5A，同时使铬靶电流由5A降低至0A，沉积30min，获得铬和碳梯度过渡层；
(4)控制石墨靶电流在5A，偏置电压保持在-50V，持续2h；控制石墨靶电流在5A，偏置电压调至-400V，持续2h，获得非晶碳耐腐蚀层；
实施例3
涂层结构：从靠近基材一端沿涂层方向依次为：金属层-Cr/C梯度层-非晶碳耐腐蚀层(n＝1)-非晶碳导电层；其中金属层100nm，Cr/C梯度层100nm，非晶碳耐蚀层300nm，非晶碳导电层300nm。
镀膜腔室共装有4个靶材，其中2个石墨靶材对置安装，银靶与铬靶对置安装；
(1)以316L不锈钢为基材，依次用去离子水、乙醇、石油醚对基材进行超声清洗并烘干；将基材固定于磁控溅射设备的工件架上，抽真空至2×10-5torr以下；通入氩气，并以铬为溅射源控制靶电流为0.3A，在-400V偏置电压下对基材进行等离子体清洗30min；
(2)偏置电压调至100V，调节铬靶电流至并持续30min沉积金属层；
(3)打开石墨靶，并使靶电流1h内从0A升至5A，同时使铬靶电流由5A降低至0A，沉积30min，获得铬和碳梯度过渡层；
(4)控制石墨靶在5A，基材偏置电压设置为-50V持续1h沉积低偏置电压层，提高偏置电压到-400V，持续1h沉积高偏置电压层，获得非晶碳耐腐蚀层(n＝1)；
(5)控制石墨靶电流在5A并打开银靶控制电流1A，偏置电压调-100V，持续2h沉积掺银的非晶碳导电层，其中银掺杂量为10％。制备的非晶碳涂层的结构示意图见图1。
实施例4
涂层结构：从靠近基材一端沿涂层方向依次为：金属层-Cr/C梯度层-非晶碳耐腐蚀层(n＝5)；其中金属层100nm，Cr/C梯度层100nm，非晶碳耐蚀层500nm。
镀膜腔室共装有4个靶材，其中2个石墨靶材对置安装，银靶与铬靶对置安装；
(1)以316L不锈钢为基材，依次用去离子水、乙醇、石油醚对基材进行超声清洗并烘干；将基材固定于磁控溅射设备的工件架上，抽真空至2×10-5torr以下；通入氩气，并以铬为溅射源控制靶电流为0.3A，在-400V偏置电压下对基材进行等离子体清洗30min；
(2)偏置电压调至100V，调节铬靶电流至并持续30min沉积金属层；
(3)打开石墨靶，并使靶电流1h内从0A升至5A，同时使铬靶电流由4A降低至0A，沉积30min，获得铬和碳梯度过渡层；
(4)控制石墨靶在5A，基材偏置电压设置为-50V持续20min沉积低偏置电压层，提高偏置电压到-400V，持续20min沉积高偏置电压层(n＝5)；
(5)重复步骤(4)5次获得n＝5的非晶碳耐腐蚀层；
实施例5
涂层结构：从靠近基材一端沿涂层方向依次为：金属层-Cr/C梯度层-非晶碳耐腐蚀层(n＝5)-非晶碳导电层；其中金属层100nm，Cr/C梯度层100nm，非晶碳耐蚀层200nm，非晶碳导电层300nm。
镀膜腔室共装有4个靶材，其中2个石墨靶材对置安装，银靶与铬靶对置安装；
(1)以316L不锈钢为基材，依次用去离子水、乙醇、石油醚对基材进行超声清洗并烘干；将基材固定于磁控溅射设备的工件架上，抽真空至2×10-5torr以下；通入氩气，并以铬为溅射源控制靶电流为0.3A，在-400V偏置电压下对基材进行等离子体清洗30min；
(2)偏置电压调至100V，调节铬靶电流至并持续30min沉积金属层；
(3)打开石墨靶，并使靶电流1h内从0A升至5A，同时使铬靶电流由4A降低至0A，沉积30min，获得铬和碳梯度过渡层；
(4)控制石墨靶在5A，基材偏置电压设置为-50V持续10min沉积低偏置电压层，提高偏置电压到-400V，持续10min沉积高偏置电压层；
(5)重复步骤(4)5次获得n＝5的非晶碳耐腐蚀层；
(6)控制石墨靶在5A并打开银靶控制在电流1A，偏置电压调至100V，持续2h沉积掺银的非晶碳导电层，其中银掺杂量为10％。非晶碳涂层的结构示意图见图2。制备流程图见图3。
对实施例1-5制备的涂层进行接触电阻测试，接触电阻测量条件为138N/cm2。涂层与碳纸间的接触电阻测试结果图见图4；
对实施例1-5制备的涂层在80℃、pH＝3、0.1ppmHF的H2SO4溶液中进行电流密度测试，具体结果见图5。实施例1、2、3、4、5的腐蚀电流密度分别为1.01、0.31、0.41、0.33、0.33μA/cm2(@0.6V vs.Ag/Agcl)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料电池金属双极板用非晶碳涂层，其特征在于，
包括位于金属双极板上的过渡层和位于所述过渡层上的非晶碳复合层；
所述过渡层包括金属层和设置在所述金属层上的Me/C梯度层，其中，Me为金属层金属元素，C为碳；
所述非晶碳复合层包括非晶碳耐腐蚀层和设置在所述非晶碳耐腐蚀层上的非晶碳导电层；
所述非晶碳耐腐蚀层有n个单元，每个单元由高偏置电压层和低偏置电压层组成，所述n选自1-20的整数；
非晶碳耐腐蚀层采用物理气相沉积的方法制备，其中，在物理气相沉积时控制金属双极板的偏置电压为-50～-200V时制备得到低偏置电压层；在物理气相沉积时控制金属双极板的偏置电压为-150～-400V制备得到高偏置电压层；
所述金属层中金属元素选自Ti、Cr、Nb和W中的一种或多种；
所述非晶碳耐腐蚀层为掺杂或未掺杂耐腐蚀性元素的类石墨碳涂层，掺杂时，所述耐腐蚀性元素为H、N、W中的一种或多种，所述耐腐蚀性元素的摩尔掺杂量为1-20％；
所述非晶碳导电层为掺杂导电性元素的类石墨碳涂层，所述导电性元素为Au、Ag、Cu、Al中的一种或多种，所述导电性元素的摩尔掺杂量为1-20％。
2.根据权利要求1所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层，其特征在于，
所述金属层厚度10-100nm，所述Me/C梯度层厚度10-100nm，所述非晶碳复合层厚度0.5-2μm。
3.一种根据权利要求1-2任一项所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，采用物理气相沉积的方法连续的在金属双极板表面依次制备金属层、Me/C梯度层、非晶碳耐腐蚀层、非晶碳导电层。
4.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，所述金属双极板在进行物理气相沉积前进行超声清洗，然后等离子体清洗；
所述等离子体清洗包括以下步骤：抽真空度2×10-5torr以下，通氩气，以Me为溅射源控制靶电流为0.1～2A，在-50～-500V偏置电压下对金属双极板进行等离子体清洗30min。
5.根据权利要求3所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，所述金属层的物理气相沉积条件：抽真空度2×10-5torr以下，通氩气，以Me材料为金属靶材，调节金属靶材电流为0.5～5A，金属双极板偏置电压为-50～-300V，持续磁控溅射1～60min得到金属层。
6.根据权利要求5所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，所述Me/C梯度层的物理气相沉积条件：以石墨和Me材料为工作靶材，石墨靶电流物理气相沉积时间内从0A升至0.5A～5A，Me材料靶电流物理气相沉积时间内由金属层沉积电流降低至0A，金属双极板偏置电压为-50～-300V，持续磁控溅射1～90min得到Me/C梯度层。
7.根据权利要求6所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，进行氮掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：通氮气，氮气流量为1～30sccm，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时的石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压；
进行氢掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：通入异丁烷，气体流量为1～30sccm，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时的石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压；
进行钨掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：设置钨靶材和石墨靶材，控制钨靶材电流0.1～2A，控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时的石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压；
不进行耐腐蚀性元素掺杂时，所述非晶碳耐腐蚀层的物理气相沉积条件：控制石墨靶电流和制备Me/C梯度层时的石墨靶电流一致，金属双极板偏置电压-50～-200V，持续1～90min沉积低偏置电压层；提高偏置电压到-150～-400V，持续1～90min沉积高偏置电压层；以低偏置电压层和高偏置电压层为一个单元，重复制备n个单元获得非晶碳耐腐蚀层，其中低偏置电压层制备时的偏置电压低于高偏置电压层制备时的偏置电压。
8.根据权利要求7所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层的制备方法，其特征在于，进行导电金属材料掺杂时，所述非晶碳导电层的物理气相沉积条件：以石墨和导电金属材料为工作靶材，控制石墨靶电流和制备非晶碳耐腐蚀层时石墨靶电流一致，导电金属材料靶电流0.1～2A，偏置电压-50～-200V，持续磁控溅射1～180min得到非晶碳导电层。
9.一种根据权利要求1-2任一项所述的燃料电池金属双极板用非晶碳涂层在燃料电池中的应用。
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