先進塗層與表面改質技術

      近年來因為全球暖化所帶來的溫室效應，不僅造成許多國家的氣候變遷，也使得越來越多物種瀕臨滅絕的危機，因此全球各地都致力於響應節能減碳之行動，也讓各國的企業積極研發出許多環保且低污染的產品。燃料電池就是一種污染性低且發電效率高的新能源技術裝置，而水是燃料電池的唯一產物，故氫燃料電池具有淨零排放與高效率的特色，便是目前作為解決全球能源危機和環境問題的最有希望的解決方案之一，所以燃料電池若能普及應用在車輛或工業發電技術，將可顯著改善環境污染的問題。 

       組成燃料電池元件之一的金屬雙極板，金屬雙極板會受到高分子材料之電解質膜中，解離出的酸根離子而腐蝕，這會導致雙極板的導電性質受損，而使發電效率降低，導致電池壽命大幅縮減，並根據2020年美國能源部DOE (Department of Energy)雙極板標準作評测，其中最為重要的是接觸電阻(ICR, Interfacial contact resistance)及抗腐蝕實驗，將為雙極板鍍層研究成果之重要依據。 

       市面上常用石墨、石墨複合材料和金屬板作為雙極板材料，石墨和石墨複合材料因優異的化學穩定性、導電性與耐腐蝕性已被商業化，但材料本身氣體滲透性高以及須加厚板材去抵抗脆性，且流場溝槽加工困難等，種種原因造成燃料電池製造成本上升，相較來說金屬板不但加工性良好，能減小雙極板厚度與成本，導電性也十分優秀，其中不鏽鋼成本相對較低、適合大規模生產以及市售合金種類繁多，因此受到了廣泛關注，這麼多種金屬當中316L不鏽鋼作為雙極板材料，不但研究廣泛，也被認為是非常有潛力的候選材料，然而金屬雙極板於高溫、高濕度及酸性的環境下，金屬表面容易產生鈍化膜，使其接觸阻抗增加，因此需在金屬雙極板表面濺鍍一層具抗腐蝕性與高導電性的材料是一項重要的研究方向。

      本研究將以低溫約攝氏300度的物理氣相沉積（Physical vapor deposition，PVD）製程來製作濺鍍CrCx, Cr-Al-N及CrAlxC及 NbCrCxNy等等鍍層，取代以化學氣相沉積製程技術(Chemical Vapor Deposition，CVD)的高溫製程約攝氏1000度來製作鍍膜，大幅降低80%能耗損失，且無CVD化學前趨物之使用，符合綠色環保製造。而上述鍍層能提高了316L 不鏽鋼抗腐蝕性，根據動電位極化曲線得到腐蝕電流密度和界面接觸電阻(ICR)測量，這些鍍層的兩項數值皆符合美國能源部2025年的技術標準要求(1.腐蝕電流密度均≦1μA /cm2 ;2.140 N-cm-2壓力時的ICR ≤10 mΩ-cm2)，表明這些鍍層有望未來應用於燃料電池金屬雙極板之潛力，將來可將鍍層應用於燃料電池雙極板鍍層中，解決金屬雙極板兼具抗腐蝕性和良好導電性的問題，據此拓展鍍層發展，並期望能促進燃料電池商業化及永續綠色製造。  

       這些技術可以幫助製造業達到減少能源消耗、降低汙染以及降低自然資源消耗，使企業在碳交易(Carbon Credit)。