两种不锈钢在PEMFC环境下的耐蚀性

用电化学方法测定了一种高Cr、Ni奥氏体不锈钢和316 L在25℃和70℃时含2x10-6 F-的H2SO4水溶液中的极化曲线,评价了氧化膜/碳纸和钝化膜/碳纸间的界面接触电阻.结果表明,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中,高Cr、Ni奥氏体不锈钢的耐腐蚀性优于316 L,在两种介质温度下其钝化电流密度均低于10μA/cm2.钝化膜/碳纸的界面接触电阻明显比氧化膜/碳纸高,并随介质温度提高而增加.这种高Cr、Ni奥氏体不锈钢的氧化膜/碳纸和钝化膜/碳纸的界面接触电阻明显低于316L.     

表面改性金属材料双极板前处理的研究

在不锈钢表面制备一层导电性好、耐腐蚀的薄膜,是获得高性能质子交换膜燃料电池双极板材料的有效方法.实验分别采用抛光、喷砂和拉砂三种方法对不锈钢基体进行了前处理,然后利用物理气相沉积技术在不锈钢表面制备了TiN膜.观察了双极板材料的微观结构.并对其导电性和耐蚀性进行评价,以研究基体前处理对性能的影响.经过不同的前处理,双极板材料表面呈现出完全不同的微观结构.双极板材料的界面导电性与有效接触面积密切相关.当与碳纸接触时,抛光前处理的双极板材料导电性最好;当与膨胀石墨接触时,喷砂前处理的双极板材料电阻最低.在模拟电池腐蚀环境下0.5 mol/L H2SO4 2×10-6 F-的电化学腐蚀结果显示,喷砂前处理的双极板材料具有最好的耐腐蚀能力.     

硫酸溶液中非铂金属上苯胺的电聚合行为

通过电化学方法对0.1 mol/L H2SO4 0.1 mol/L C6H5NH2溶液中苯胺在电工纯铁(DT3)和代号为40 Cr、紫铜和钢材420、304、321和316 L表面上的电聚合行为、上述材料在0.1 mol/L H2SO4溶液中的电化学行为进行了研究。结果表明,DT 3、40 Cr和紫铜三种材料上占主导地位的金属溶解反应抑制苯胺的氧化聚合,导致上述材料表面不能形成聚苯胺;在0.1 mol/L H2SO4溶液有很宽钝化电位区的420、304、321和316 L不锈钢都可在0.1 mol/L H2SO4 0.1 mol/L C6H5NH2溶液中进行苯胺的电化学聚合。不锈钢表面钝化膜影响苯胺聚合的起始电位。苯胺在420、304和316 L钢表面的起始氧化电位在1 100 mV左右,而由于321钢表面钝化膜中钛氧化物的存在,则使苯胺聚合的起始电位负移至700 mV。电位区间和扫描圈数相同时,基底材料不影响聚苯胺膜层的电导率,但降低阳极电位可显著提高聚合物电导率,为电化学合成导电聚合物、提高薄层金属双极板抗腐蚀性能奠定一定的基础。     

表面改性不锈钢双极板的性能研究

双极板是质子交换膜燃料电池的重要的多功能组件.不锈钢材料由于具有良好的耐腐蚀性能成为金属双极板理想的选择.但其表面高电阻的钝化膜会降低电池性能.测定了经过镀铬后再离子氮化的304不锈钢在模拟PEMFC环境下的电化学性能,测量了氮化层与碳纸之间的接触电阻.结果表明,该表面改性方法使304不锈钢在模拟PEMFC阴极和阳极情况下的钝化电流密度降低,均低于双极板设计标准16 μA/cm2;改性后的304不锈钢的接触电阻值降低,电性能得到了提高.     

铅铋合金上生长的阳极Pb(Ⅱ)膜的性质

应用交流伏安法、线性电位扫描法和电化学阻抗频谱法分别研究了铅和铅铋合金在4.5mol·L-1H2SO4溶液中以0.9V(vs.Hg/Hg2SO4)生长的阳极膜的性质,测得了阳极膜的阻抗实数部分随电位的变化曲线和阳极膜的生长速率。结果表明:铅和铅铋合金在0.9V下生长的阳极膜的主要组成为Pb(Ⅱ)(PbO PbO·PbSO4)和PbSO4。Pb和Pb 1.0%(w)Bi合金电极上Pb(Ⅱ)电量随膜生长的增长率分别为81.2mC·cm-2·h-1和61.8mC·cm-2·h-1,膜中PbO的电阻随膜生长时间的增长率分别为26.2Ω·cm2·h-1和19.2Ω·cm2·h-1。由此可见,在铅合金中添加铋,不仅可以降低阳极腐蚀层Pb(Ⅱ)氧化物的电阻,亦可较显著地抑制阳极Pb(Ⅱ)膜的生长,从而改善板栅/腐蚀层界面电阻和抑制铅合金的阳极腐蚀。     

质子交换膜燃料电池不锈钢双极板镀层研究

为了改善电镀表面存在针孔不利于防腐蚀的状况,通过复合镀层工艺,在304L不锈钢表面上直接镀银作为底层,然后再电镀或溅射一层薄金层,从而起到覆盖针孔达到致密化作用.经过上述表面改性后的不锈钢双极板表面复合镀层界面导电性能良好:在燃料电池电堆的组装力下,测得其与Toray060碳纸的接触电阻为2.7～5 mΩ·cm2.耐腐蚀性能测试表明,相对于未处理的304L不锈钢机体上有了显著提高:在0.05 mol/L H2SO4+5×10-6mol/L HF的模拟燃料电池腐蚀溶液中,镀银-镀金复合镀层和镀银-溅射金复合层不锈钢较未处理不锈钢其腐蚀电位分别提高了0.45 V和0.49 V,腐蚀电流密度下降1～2个数量级,维持在10-7 ～ 10-75 mA/cm2.     

PEMFC双极板复合镀层的耐腐蚀和导电性能

采用真空电弧离子镀的方法在质子交换膜燃料电池(PEMFC)不锈钢双极板表面制备复合镀层,通过界面接触电阻研究镀层的导电性能.模拟燃料电池环境,研究镀层对双极板耐腐蚀性能的影响.316L不锈钢、Au/TiN和C/TiN镀层在1.5 MPa的压力下的界面接触电阻分别为30.33 mΩ·cm2、3.46 mΩ·cm2和4.54 mΩ·cm2;在模拟阴极环境下的腐蚀电流密度分别为5.12×10-7 A/cm2、1.24×10-8 A/cm2和1.36×10-8 A/cm2;在模拟阳极环境下的腐蚀电流密度分别为2.30×10-6 A/cm2、1.14×10-7 A/cm2和7.89×10-8 A/cm2.相较于不锈钢基材,Au/TiN和C/TiN镀层可提高双极板的导电性能和耐腐蚀能力.     

循环冷却水中硫酸盐还原菌对不锈钢腐蚀行为影响

利用扫描电镜(SEM)、金属表面元素分析、交流阻抗以及极化曲线等分析方法,研究了循环冷却水中SRB对SS316L和SS317L两种不锈钢的腐蚀行为。结果表明:试验前期,SRB较易吸附在SS317L表面,钝化膜被破坏,SS316L与SS317L腐蚀速率增大且在10 d达到最大;浸泡中期,SS316L成膜速度较快于SS317L,生物膜对不锈钢表面起到保护作用,阻塞了导电通路,使腐蚀速率减小;浸泡后期,不锈钢表面生物膜被破坏,腐蚀速率增大。SS317L极化电阻较大,Mo和Cr含量较多,钝化膜不易被破坏,耐蚀性较强。     

影响凝汽器不锈钢管耐蚀性的因素

用电化学方法研究了影响不锈钢在模拟水中耐蚀性的一些因素。结果显示 ,不锈钢电极点蚀电位 Eb与氯离子和硫酸根离子浓度的比值有关 ,当 [Cl- ]/ [SO2 - 4](mg/ L)≤ 0 .5 6时 ,氯离子不促进不锈钢点蚀 ;硫离子可使不锈钢电极阻抗值大幅度降低 ,同时增大不锈钢电极的钝态电流密度 ;硝酸根离子对不锈钢的点蚀有缓蚀作用 ;温度升高可使不锈钢点蚀电位降低 ,钝态电流增大     

PEMFC用不锈钢极板的电化学表面改性研究

极板材料及其相关技术是质子交换膜燃料电池(PEMFC)技术的核心之一,其性能高低对燃料电池的性能和成本都有着直接影响.通过电化学方法,对不锈钢金属极板进行表面改性处理;应用腐蚀性能实验、界面接触电阻测试和X射线光电子光谱(XPS)分析等方法,研究了表面改性对不锈钢金属极板性能的影响.实验结果表明:电化学表面改性技术可以使不锈钢金属极板表面形成的氧化膜更薄,降低其界面接触电阻;有利组分Cr的含量及其高价化合物CrC3增加,不利组分Fe的含量减少,使极板耐腐蚀性能得到提高,经过在PEMFC模拟阴极/阳极环境条件下1 000h耐久性评价后,腐蚀电流为10-6A·cm-2数量级;因此电化学表面改性的不锈钢金属极板是PEMFC极板材料的一种良好选择.     

燃料电池双极板Ti/Cr/CrN薄膜改性研究

采用电弧离子镀技术(AIP)在316L不锈钢表面沉积Ti/Cr/Cr N多层结构改性层。扫描电子显微镜观察到涂层表面形貌致密且完整。接触电阻测试表明,改性样品的界面导电性显著提高。在70℃下,0.5 mol/L H2S O4溶液中进行腐蚀实验,动电位测试中,改性样品的腐蚀电位高于316L不锈钢基材,腐蚀电流显著降低;模拟阴极的恒电位测试中,改性样品的腐蚀电流较316L基材降低,模拟阳极的恒电位测试中,改性样品处于阴极保护状态。经恒电位和动电位极化后,涂层表面形貌完整,没有观察到明显的破损,改性涂层样品表现出较好的稳定性。     

Cl-、SO42-对凝汽器不锈钢管的作用研究

用极化曲线法研究了 Cl-、SO42 -对 3 0 4、3 16L不锈钢电极腐蚀行为的影响 ,表明 Cl-是侵蚀性离子 ,SO42 -是缓蚀性离子 ,在凝汽器不锈钢管选材时要综合考虑冷却水中 Cl-和 SO42 -对不锈钢管的作用     

模拟冷却水中黄铜管耐蚀性影响因素的光电化学研究

针对模拟冷却水中各种离子对黄铜管的耐蚀性影响采用光电化学方法和交流阻抗法进行了研究。在模拟水中黄铜电极表面膜显示p-型光响应,光响应来自电极表面的Cu2O层,改变模拟水溶液中Cl-、SO42-和S2-浓度时,其表面膜的半导体性质仍为p-型,但阴极光电流峰值的大小会发生变化,阴极光电流峰值越大,其耐蚀性能越好。随着Cl-、SO42-和S2-浓度的增加,黄铜的阻抗逐渐增大,耐蚀性能提高,当Cl-、SO24-和S2-浓度分别高于49.92 mg/L、80.8 mg/L、10 mg/L时,黄铜耐蚀性能降低,腐蚀越严重。     

氨法脱硫吸收塔内不锈钢腐蚀缺陷分析及处理

解决田东电厂氨法脱硫吸收塔内316L不锈钢支撑梁腐蚀断裂问题。通过分析吸收塔内部各位置浆液中氯、氟离子浓度,发现浆液氯、氟离子浓度最高分别达到6 000 mg/L、19 200 mg/L,超过316L不锈钢允许使用范围。为此,将塔内所有316L不锈钢支撑梁换为表面涂玻璃鳞片防腐碳钢钢梁。经过近一年的运行,所换钢梁没有出现任何腐蚀现象,防腐效果良好。     

聚苯胺改性钢在模拟PEMFC环境下的电化学行为

利用电化学方法沉积纳米导电聚苯胺膜对质子交换膜燃料电池(PEMFC)用薄层金属双极板改性,并对改性双极板在模拟PEMFC阳极环境下的电化学性能进行了测试.结果表明,纳米聚苯胺膜层能使1Cr18Ni9Ti不锈钢在模拟腐蚀液中的腐蚀电位由-350mV提高到250mV.在模拟阳极操作电位下,经10h恒电位极化没有观察到膜层的降解和脱落.纳米导电聚苯胺膜层能显著提高不锈钢在模拟电池环境下的耐蚀性而不影响其导电性,进一步提高导电聚合物涂层性能和评价其长期效果还需进行深入的研究.     

PEMFC不锈钢双极板离子镀CrNX薄膜表面改性

用电弧离子镀膜技术通过改变N2流量的方法,在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中用不锈钢双极板表面沉积一系列不同N含量的CrNx改性薄膜,对薄膜的成分、结构与接触电阻、耐蚀性能进行了测试。结果表明,沉积CrNx薄膜能够明显改善双极板的表面性能,并且其性能随着薄膜中N含量的变化而变化。与原始不锈钢相比,接触电阻降低1个数量级,耐腐蚀性能提高2个数量级。其中N含量为46.2%时,接触电阻降低到了11.8mΩ·cm(20.8MPa夹紧力);N含量为50.5%时,极化电流降低到10-7A/cm(2电极电位为0.6V)。分析表明,双极板处理后性能的改善与电弧离子镀薄膜的致密度较高,以及薄膜的成分、结构随薄膜中N含量的变化有关。     

电催化合成酸性过氧化氢的研究

在燃料电池型反应器中,以基于BP2000/PTFE材料制备的气体扩散电极作为阴极电极,以循环流动的硫酸溶液作为电解液,进行电化学合成过氧化氢的研究。探讨了电催化氧还原反应制备过氧化氢的反应过程及机理,同时分析了不同催化剂、电解液p H及电解电压对电解效果的影响。结果表明较优的电解条件是:阴极催化剂采用BP2000的担载量为2 mg/cm2,外加电压为1.5 V。在0.5 mol/L H2SO4溶液中生成过氧化氢的电流效率可达70%,过氧化氢浓度达到1.38mol/L(质量分数约为4.7%)。     

接触热阻对双H型鳍片管传热系数的影响

对2种常用的双H型鳍片管换热管束（ND钢和316L不锈钢）进行了实验研究,得到2种材料的实际传热系数。同时,将接触热阻考虑到鳍片效率中,推导得到了双H型鳍片管传热系数的计算模型,并通过实验验证了模型的准确性。实验发现,在焊接工艺和结构尺寸等因素相同的条件下,ND钢试样的传热系数远大于316L试样。根据实验值与计算值的差值,可以得到各试样的接触热阻值。对比2组试样的接触热阻值发现,ND钢试样的接触热阻远小于316L不锈钢试样。对于特定结构的双H型鳍片管,接触热阻导致316L试样传热系数下降了7 W·（m²·K）^-1,而对ND 钢试样传热系数的影响却可以忽略不计。同时,对计算模型分析可知,当单位接触热阻小于0.001 m²·K/W量级时,其对传热系数的影响基本可以忽略不计,验证了实验结果。计算模型可以预测特定结构鳍片管的接触热阻,从而判断接触热阻对传热系数的影响,为工业上选取合适的低温省煤器换热管束材料和焊接技术提供参考。     

铅钙合金在硫酸溶液中的电化学行为

本文应用电化学方法研究了Pb—Ca合金在不同浓度的硫酸溶液中腐蚀和析气性,并与Pb、Pb—5％～7％Sb比较,结果显示Pb—0.1％Ca合金具有良好的耐腐性和低的析气性。