24小时热门版块排行榜

返回列表

哨宾流体

新虫 (小有名气)

应助: 0 (幼儿园)
金币: 257
散金: 30
帖子: 128
在线: 43.7小时
虫号: 35830176
注册: 2024-12-20
专业: 金属材料

[交流] 质子交换膜燃料电池双极板用AISI316基体上钽涂层的腐蚀行为研究

介绍
      双极板是质子交换膜燃料电池堆的重要机械元件。它们负责隔离和电连接相邻的电池，确保反应气体在催化剂层上的正确分布，促进水的管理，并在不包括专用冷却板时去除多余的热量。为了完成所有这些任务，需要合适的流场几何设计和正确的材料选择。BPs中使用的材料必须具有高导电性、低透气性、高耐腐蚀性、高机械强度和低热阻。满足所有这些条件会导致设备最终成本的增加。DOE最近的成本估计表明，考虑到每年100，000到500，000个系统的生产率，BPs约占堆栈总成本的25%到28%。金属板和石墨基复合材料板是BPs中使用的最典型的材料。金属板的主要缺点在于其在阳极和阴极的PEMFC操作条件下的化学不稳定性。为了将腐蚀影响降至最低，必须沉积一层保护性表面涂层，该涂层必须是导电的。在目前的研究中，通过钽蒸表面合金技术沉积的涂覆有30微米钽层的AISI316不锈钢基底已经作为石墨板的替代物进行了测试。为此，结合腐蚀试验和粗糙度分析，以及腐蚀试验前后进行的界面接触电阻(ICR)和接触角测量，研究了该涂层的腐蚀行为。

实验
样品的制备
      制造直径为15毫米、厚度为4毫米的AISI316不锈钢圆柱形探针。通过钽蒸表面合金技术将最小厚度为30μm的钽涂层施加到抛光的样品上。

腐蚀测试
      用三电极腐蚀电池进行腐蚀试验。Ag/AgCl电极用作参比电极，Pt电极用作对电极，钽涂层涂覆的样品用作工作电极。为了模拟阳极条件，在80℃下用N2饱和的H2SO4 + 0.1 ppm HF (pH 3)溶液被用作电解液。-0.4 V和+之间的动电位极化(PP)将0.6 V(相对于Ag/AgCl)以0.1 mV/s的速度施加到探针上。另一方面，为了模拟阴极条件，样品暴露于+0.6 V的极化8小时，使用相同的电解质，但用空气饱和。用恒电位仪-恒电流仪进行实验。

ICR.接触角和表面粗糙度测量
      在动电位测试之前和之后，进行ICR、接触角和表面粗糙度的测量。此外，作为参考，还测试了抛光的AISI-316不锈钢样品(Ra = 0.2μm)和石墨样品。ICR测量是通过将样品放置在两层碳纸之间的夹层结构中来完成的，这两层碳纸具有GDL的功能。手动测试台用于确保测试过程中正确的支架-样品组件。使用光学接触角OCA 20装置在20℃下用5 μL去离子水的液滴体积测量接触角。测量样品的表面粗糙度。

结果和讨论
腐蚀测试
      图1a显示了两个Ta涂覆的样品在阳极条件下两个不同时间的动电位极化曲线。两个样品都显示腐蚀电流密度Icorr远低于DOE目标值(< 1x10-6 Acm-2)，没有主动-被动过渡带。另一方面,“环境影响报告书”试验的结果对经历类似处理的样品获得的结果(图1b)显示了具有高极化电阻的表面，从而支持了在DC测试中获得的结果。
      图1.a）阳极条件下Ta涂层的电位动力学极化曲线。b)Ta包覆样品不同时间和处理后的EIS数据奈奎斯特图（电解液阳极：硫酸+0.1ppM高频(pH 3)，用N2吹扫除气；阴极：硫酸+0.1ppmHF(pH 3)，80°C，用空气吹扫除气）。

ICR.接触角和表面粗糙度测量
      由于微观接触面积的增加，不同样品的ICR值总是随着压实压力的增加而降低。此外，比较腐蚀试验后ICR的实验值，证实ICR没有显著变化。然而，钽涂层使ICR略有增加。另一方面，涂层的表面粗糙度(Ra = 0.4-1.2μm)不受腐蚀试验的影响，这表明腐蚀过程没有引起表面形态的重大变化。接触角也观察到相同的行为，其总是在90°以上。

SEM-EDX
      图2显示了Ta涂层的横截面和表面SEM图像的例子。结果证实，在对Ta涂层厚度(30μm)进行腐蚀试验后，表面形态没有发生变化。此外，Ta涂覆的探针的ICR值的增加可能归因于在这些样品中观察到的柱状形态。腐蚀试验后，通过EDX分析证实了Ta表面氧化物的存在。
      图2。Ta涂层的横断面(a)和涂层表面(b)扫描电镜图像。

结论
      EIS和PP的测量结果表明，Ta涂层提高了AISI-316不锈钢的表面腐蚀性能。此外，经过极化腐蚀试验，扫描电镜成像后涂层形貌没有明显变化。通过EDX表面表征，验证了保护性钛氧化物被动膜的形成。腐蚀试验后的高接触角值（高疏水性）和低ICR值的结合，表明带有Ta涂层的AISI316衬底可用于PEMFCs的bp。

回复此楼

» 猜你喜欢

» 本主题相关商家推荐: (我也要在这里推广)

1楼 2026-05-28 09:36:46

已阅回复此楼关注TA 给TA发消息送TA红花 TA的回帖

相关版块跳转我要订阅楼主哨宾流体的主题更新

返回列表