质子交换膜燃料电池(PEMFC)因具有高可靠性、高功率密度和环境友好等优点,在运输、住宅发电、便携式电源中被广泛运用。双极板是PEMFC中最主要的组件之一,其质量和成本在燃料电池电堆中占据很大比重。不锈钢双极板因为具有良好的机械强度、优异的导电导热性、低廉的成本、易成型等特点,被认为是石墨双极板最合适的代替者。当燃料电池工作于常温环境(20℃)中,不锈钢双极板表面会产生导电性较差的钝化膜,同时也易发生腐蚀电离出污染质子交换膜的金属离子,所以需要提升不锈钢双极板的耐蚀性和导电性。而当燃料电池工作于低温环境下(低于0℃)时,双极板流道内水因结冰而阻塞气体传输的通道。所以在低温环境中冷启动时,不锈钢双极板的疏水性能和抗结冰性能相比于导电性和耐腐蚀性能更为重要。通过在不锈钢试样表面分别沉积单层碳纳米管膜和非晶碳膜,测试其性能,发现碳纳米管膜能提升其疏水性、抗结冰性和导电性,而非晶碳膜能提升其耐腐蚀性。最终提出利用复合碳膜改性不锈钢双极板组装成单电池,提升其低温冷启动的性能。本文主要的研究内容如下:(1)不锈钢试样经过高温和不同时间等离子体刻蚀后表面形成了不同尺寸和密度的纳米级不锈钢颗粒。利用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)以不锈钢颗粒作为生长核心,在不锈钢试样表面分别生长了碳纳米管薄膜和非晶碳膜。(2)通过拉曼光谱和扫描电子显微镜表征碳纳米管膜和非晶碳膜改性的不锈钢试样表面形貌,然后测试其疏水性、抗结冰性、导电性和耐蚀性。结果显示垂直形貌的碳纳米管薄膜能有效增强不锈钢试样的疏水性、抗结冰性和导电性,但是耐蚀性略差于非晶碳膜改性的不锈钢试样。(3)利用PECVD先在不锈钢试样表面生长出耐蚀性优异的非晶碳膜,然后通过等离子体刻蚀使得非晶碳膜表面形成适合垂直碳纳米管生长的纳米级碳粒,最终在不锈钢试样表面沉积得到复合碳膜,测试结果显示疏水性、抗结冰性、导电性和耐蚀性,优于不锈钢试样表面沉积的单层碳膜。(4)利用PECVD在不锈钢双极板表面沉积复合碳膜。通过将复合碳膜改性的不锈钢双极板和石墨双极板分别组装成单电池,在相同的低温环境下进行单电池冷启动性能对比。研究复合碳膜改性的不锈钢双极板对低温环境的燃料电池冷启动性能的影响。