电化学蚀刻-掺杂316L不锈钢制备PEMFC双极板

目的 研究在0.5 mol/L KNO3和0.1 mol/L HNO3混合溶液中,电极电位对316L不锈钢(316LSS)表层微观形貌、化学组成、耐腐蚀性能和界面接触电阻的影响,以解决316LSS双极板在质子交换膜燃料电池中服役时腐蚀和表面接触电阻较大的问题.方法 借助于电化学交流阻抗、循环伏安、计时电流和动电位极化测试,对316LSS表面发生的电化学反应及改性后性能进行研究.利用电化学工作站、扫描电镜及X射线光电子能谱分析仪,对316LSS的耐腐蚀性能、微观形貌及化合价进行表征,并测量界面接触电阻和反应后溶液中铁铬金属离子浓度进行测量.结果 在0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3的混合溶液中,316LSS表面发生的反应为不可逆过程,当改性电位为–0.5 V(vs.SCE)时,交流阻抗低频区出现了代表物质吸附的感抗弧,电位负移到–0.6 V(vs.SCE)和–0.7 V(vs.SCE)时,表面发生点腐蚀和晶界腐蚀,膜层的完整性被破坏.最佳电位–0.5 V(vs.SCE)改性后316LSS表面出现凸起结构,表层元素分析发现关键合金元素铬主要以氧化铬和氮化铬形式存在,–0.5 V(vs.SCE)对应的氮化铬占比达54.8％.在140 N/cm2的压力下界面接触电阻与施加电位呈现抛物线关系,最小电阻值为8.7 m?·cm2(–0.5 V(vs.SCE)).改性后的316LSS耐腐蚀性能显著提升,最佳样品的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为0.065μA/cm2和136.738 mV,在模拟燃料电池中运行650 h时,腐蚀电流密度为3.4μA/cm2.结论 电化学改性316LSS的物理化学性能与施加电位大小密切相关.由于316LSS表层钝化膜在电化学反应过程中发生选择性溶解以及原位氮掺杂,促使钝化膜厚度减薄,掺杂氮元素稳定了膜层结构和提高了导电性能,消除了钝化膜对双极板性能的不利影响.最佳改性电位下316LSS表面发生选择性蚀刻形成致密的凸起状氮掺杂膜层,改善了316L不锈钢双极板综合性能.     

低温恒电流氮化提高316L不锈钢导电及耐腐蚀性能

目的 解决恒电位电化学氮化时高的过电位引起的析氢反应对316LSS综合性能的恶化,提出采用恒电流技术对其进行电化学氮化改性,并确定最佳的试验参数。方法 借助于循环伏安、计时电位,交流阻抗和动电位极化等电化学方法,扫描电镜及X射线光电子能谱分析,研究还原电流密度对316LSS表面形貌、耐腐蚀性能、疏水性能和接触电阻等的影响。结果 还原电流密度为5 m A/cm²时,反应后表面形成的氮掺杂凸起结构呈现明显的疏水性能,最大疏水角为103.7°。140 N/cm²的压紧力下,界面接触电阻为8.9 mΩ·cm²,在0.5 mol/L H₂SO₄+5 mg/L F^–的测试电解质中,腐蚀电流密度为0.025μA/cm²。同一极板在阴、阳极总共长达13 h的耐久性测试中,腐蚀电流密度均小于1μA/cm²,且腐蚀后表面只出现了少量的腐蚀坑。结论 316LSS在0.5 mol/L KNO₃+0.1 mol/L ...     

钨掺杂陶瓷微囊UO2芯块的制备与性能研究

微囊UO₂芯块属于耐事故燃料中的UO₂芯块掺杂改性技术方向。在微囊UO₂芯块中,金属或非燃料氧化物构成薄壁的连续网络结构,封装UO₂颗粒,从而增强对强放射性、腐蚀性裂变产物的滞留能力。基于国内外微囊芯块的研究进展,本文设计了一种钨掺杂的陶瓷微囊UO₂芯块,通过包含混料、成型、烧结在内的粉末冶金方法,制备了具备微囊结构特征的芯块,并对其组织结构、热物理性能以及吸收Cs的性能进行了研究。结果显示,作为原材料的混合粉末,化学成分均匀,烧结芯块外观良好,具备微囊结构特征的芯块的密度高于理论密度的95%,热导率与参比UO₂芯块相当,微囊结构对Cs具有较强的吸收能力。以上结果证明了添加金属和非燃料氧化物的微囊UO₂芯块的设计、制备和应用可行性。