| 氮气流量对VNbMoTaWNx薄膜作为PEMFC不锈钢双极板改性层性能的影响 |
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| 引用本文： | 李荣斌,黄从发,周滔,张如林.氮气流量对VNbMoTaWNx薄膜作为PEMFC不锈钢双极板改性层性能的影响[J].表面技术,2024,53(6):90-98. |
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| 作者姓名： | 李荣斌 黄从发 周滔 张如林 |
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| 作者单位： | 上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093;上海电机学院 材料学院，上海 201306 |
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| 基金项目： | 上海市地方院校能力建设项目(21010500900);国家自然科学基金联合基金重点项目(U23A20607) |
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| 摘 要： | 目的 降低SS316L表面的接触电阻，提高耐腐蚀性能。方法 采用非平衡场磁控溅射离子镀技术在SS316L不锈钢表面制备VNbMoTaW和不同氮气流量的VNbMoTaWNx薄膜。使用场发射扫描电镜、XRD衍射仪、XPS光电子能谱仪、电化学工作站、接触电阻测试装置，研究了改性涂层的组成和结构对接触电阻和耐腐蚀性能的影响。结果 扫描电子显微镜结果表明，所有薄膜表面致密且连续、与基体结合良好。随着氮气流量的增加，氮化物相逐渐增多、柱状晶结构减少、薄膜更加致密紧凑。XRD结果表明，未通氮气的高熵合金薄膜具有高熵合金体心立方结构，并沿(110)晶面方向生长。随着氮气流量的增加，氮化物相逐渐增多，薄膜晶体结构开始从体心立方结构转变为面心立方结构。结合XPS分析结果可知，VNbMoTaWNx薄膜表面主要由金属氮化物和少量高熵合金BCC相组成，并且随着氮气流量的增加，金属氮化物相逐渐增多。与单层VNbMoTaW薄膜相比，VNbMoTaWNx薄膜具有更好的耐腐蚀性和导电性能。氮流量为12 mL/min的高熵合金氮化物薄膜具有最优异的综合性能。表面改性后的薄膜接触电阻大幅度降低，在1.4 MPa的压力下，与碳纸的接触电阻仅为12.2 mΩ.cm2，接近美国能源部(DOE)的技术目标。由动电位极化曲线测得VNbMoTaWNx-12 mL/min在模拟PEMFC阴极环境下的腐蚀电流密度为0.040 μA/cm2，与SS316L基体相比，薄膜的耐腐蚀性得到了很大提升。在0.6 V恒电位模拟阴极环境下，VNbMoTaWNx-12 mL/min的电流密度稳定在1.01 μA/cm2，接近美国能源部1 μA/cm2的目标。结论 VNbMoTaW和不同氮气流量的VNbMoTaWNx薄膜能显著提高SS316L基体的耐腐蚀性和导电性能。
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| 关 键 词： | 质子交换膜燃料电池 双极板 高熵合金薄膜 耐腐蚀性 接触电阻 |
| 收稿时间： | 2023/3/24 0:00:00 |
| 修稿时间： | 2023/5/10 0:00:00 |
Effect of Nitrogen Flow Rate on the Performance of VNbMoTaWNx Film as Modified Layer of Stainless Steel Bipolar Plates for PEMFC |
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| LI Rongbin,HUANG Congf,ZHOU Tao,ZHANG Rulin.Effect of Nitrogen Flow Rate on the Performance of VNbMoTaWNx Film as Modified Layer of Stainless Steel Bipolar Plates for PEMFC[J].Surface Technology,2024,53(6):90-98. |
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| Authors: | LI Rongbin HUANG Congf ZHOU Tao ZHANG Rulin |
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| Affiliation: | School of Materials and Chemistry, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;School of Materials, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China |
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| Abstract: | |
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| Keywords: | proton exchange membrane fuel cell bipolar plates high entropy alloy films corrosion resistance contact resistance |
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