碳介导缺陷控制实现FeCoNiCrCx高熵合金涂层的导电钝化：突破质子交换膜燃料电池双极板的导电-腐蚀矛盾

本综述创新性地提出通过高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术制备FeCoNiCrCx高熵合金涂层，利用碳介导的缺陷控制策略成功破解了质子交换膜燃料电池（PEMFC）双极板（BPs）的导电性-耐腐蚀性权衡难题。研究表明乙炔流量调控可诱导碳介导非晶化、原位碳化物形成（如Cr3C2）和sp2碳网络构建三重协同效应，使涂层在模拟PEMFC阴极环境中同时实现0.079 μA/cm2的超低腐蚀电流密度和1.4 MPa下7.9 mΩ·cm2的界面接触电阻（ICR），性能超越美国能源部（DOE）2025年技术目标。

　　

亮点

通过碳介导缺陷控制实现导电钝化：在FeCoNiCrC_x高熵合金涂层中打破质子交换膜燃料电池双极板的导电-腐蚀权衡

结论

本研究通过高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）在316不锈钢基底上沉积了FeCoNiCrC_x高熵合金涂层，系统研究了乙炔流量（0-5 sccm）对涂层性能的影响，主要结论如下：

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  （1）乙炔流量增加使碳含量从6.2 at.%提升至36.3 at.%，诱导晶体结构从面心立方（FCC）相向非晶结构转变。5 sccm涂层形成均匀致密的非晶结构...
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  （2）电化学测试显示5 sccm涂层在模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极环境中表现出最优异的耐腐蚀性能，腐蚀电流密度低至0.079 μA/cm²，比未镀膜316不锈钢降低两个数量级
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  （3）界面接触电阻（ICR）测试表明5 sccm涂层在1.4 MPa压力下保持7.9 mΩ·cm²的低电阻值，满足美国能源部（DOE）2025年技术指标
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  （4）X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）分析证实涂层表面形成碳主导的屏障层（>80 at.%碳化物和非晶碳），有效替代绝缘氧化物层
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  （5）碳元素通过三重机制协同作用：消除晶界抑制离子扩散、消耗活性金属抑制氧化物形核、构建sp²碳网络建立电子传导通路

研究启示

这项研究展示了导电钝化作为一种创新的材料策略，通过碳介导的缺陷控制成功破解了金属双极板长期存在的导电-腐蚀矛盾，为质子交换膜燃料电池关键部件的表面工程提供了新思路。