钛含量对原位合成Ti/Ti-C/a-C:Ti涂层提升316L不锈钢双极板耐蚀性和导电性的影响

在氢能向可持续能源体系深度转型的背景下，质子交换膜燃料电池（PEMFC）因高效、零排放等优势，已成为新能源领域的研究焦点。然而，其关键部件316L不锈钢双极板在酸性湿润环境中易发生腐蚀钝化，导致界面接触电阻（ICR）显著升高，严重制约电堆性能。非晶碳（a-C）涂层虽凭借优异耐蚀性成为理想防护材料，但单纯调控碳杂化比难以兼顾低电阻和高耐蚀性。

由华南理工大学和广东省科学院新材料研究所共同组成的研究团队，采用磁控溅射技术在316L不锈钢基体上成功构建了一种原位合成的Ti/Ti-C/a-C:Ti复合涂层。通过精准调控钛掺杂含量，协同优化涂层的微观结构与相组成，该研究在导电性与耐蚀性的同步提升方面取得重要突破。

相比于同类研究，本工作展现出显著的综合性能优势。实验表明，含3.31 at% Ti的复合涂层界面接触电阻（ICR）低至3.19 mΩ·cm²，稳态腐蚀电流密度仅为82 nA·cm²（0.084 μA/cm²）。相较于其他涂层体系，本工作在保持极低接触电阻的同时，腐蚀电流密度降低至纳安级别，综合性能显著优于大多数现有不锈钢双极板防护涂层体系。

图1:Ti/Ti-C /a-C:Ti涂层的TEM及EDS表征图

图2:Ti/Ti-C /a-C:Ti涂层的腐蚀机理与腐蚀后的表面表征

图3：(a-c) Ti/Ti-C /a-C:Ti涂层的界面接触电阻；(d) 本工作与文献数据的性能对比

这一突破得益于原位诱导的Ti-C复合中间层与非晶碳层中TiC相的形成及sp2/sp3比的提升，使复合涂层在构建高效电子传导路径的同时，形成致密的腐蚀屏障。该研究为高性能质子交换膜燃料电池双极板的表面工程提供了兼具理论深度与应用潜力的创新设计思路。

该研究成果发表于国际碳材料顶级期刊Carbon（Q1，TOP期刊，IF=11.6）。第一作者为联合培养的硕士研究生，广东省科学院新材料所林松盛教授级高级工程师为共同通讯作者。该研究工作得到广东省科研机构创新能力建设稳定支撑专项项目、广东省基础与应用基础研究基金项目等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121467

供稿|真空镀膜研究室

供图|真空镀膜研究室