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.     

燃料电池不锈钢双极板表面改性研究进展

双极板是聚合物电解质膜燃料电池的关键零部件之一.不锈钢材料具有机械强度高、体相电导和热导优良,容易制成薄板并冲压加工成型的特点,满足燃料电池对高体积比功率双极板的诸多要求,但是其大规模应用还需要材料表面能在燃料电池操作条件下具有高耐腐蚀能力和低界面接触电阻.对材料进行表面改性是解决该问题的途径之一.总结了近年来不锈钢表面改性处理的研究进展,分析了氧化物基、金属基、碳/氮化物基、碳基和导电高分子基等涂层的改性效果,并对相应改性不锈钢双极板在燃料电池中的应用进行介绍.     

PEMFC渗铌改性不锈钢双极板的耐蚀性研究

采用价格低廉的不锈钢做双极板可解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)价格昂贵、质量比功率和体积比功率较低的问题。然而,在复杂的PEMFC运行环境中,不锈钢的耐蚀性差对长期的电池运行造成不利影响。采用等离子表面合金化方法对304不锈钢(304SS)进行表面改性,制备了铌合金化渗扩改性层。在模拟PEMFC环境中对铌合金化渗扩改性304SS(Nb-304SS)进行了极化测试以及恒电位时间-电流测试,并与基体的测试结果对比,对其腐蚀行为和稳定性进行评价。     

PEMFC钛双极板表面NbN改性研究

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)是新一代清洁高效的发电装置。双极板是其关键组成部件之一,为降低钛作为双极板的接触电阻,利用多弧离子镀技术在工业纯钛TA1表面制备了NbN涂层,并对不同偏压下制备的膜层进行了评价。结果表明,在不同偏压下Ti表面均能得到致密、完整的NbN涂层,该涂层不仅能显著提高钛基体的疏水性,而且能显著降低接触电阻和腐蚀电流密度。当偏压为300 V时,所制备的涂层综合性能最好,此时接触角为100.4°,1.5 MPa下的接触电阻为8.7 m W·cm2,阴阳极腐蚀电流密度也得到了一定的降低。     

热处理不锈钢用作质子交换膜燃料电池双极板

双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一,其性能的好坏不但影响电池的性能,而且影响电池的成本,成为燃料电池产业化的瓶颈。通过高温热处理不锈钢板,使不锈钢中碳与其中的铬等金属反应,在不锈钢的表面生成导电的金属碳化物晶粒,减小不锈钢与电极的接触电阻。实验结果表明,304不锈钢经过空气气氛下,820℃处理1h后,与柔性石墨的接触电阻降低了4～5倍,200h腐蚀实验后,测定的接触电阻没有明显增加,表明通过热处理技术可以在不降低耐腐蚀性能的前提下,减小不锈钢与石墨的接触电阻,使其可以用做质子交换膜燃料电池双极板。     

燃料电池不锈钢双极板CrC薄膜表面改性研究

采用离子镀技术在质子交换膜燃料电池(PEMFC)用不锈钢双极板表面沉积了不同厚度的Cr C薄膜。测试结果显示,随着薄膜厚度增加:镀膜样品表面粗糙度降低使其接触电阻降低。同时,镀膜样品的耐蚀性能和耐久性提高,在模拟腐蚀环境中的腐蚀电流密度分别降低了1个数量级(阴极)和0.5个数量级(阳极);镀膜样品在腐蚀测试过程中溶解生成的铁离子数量减少,厚度较大的薄膜可以更有效地保护不锈钢基体免受腐蚀。     

质子交换膜燃料电池双极板的研究进展

质子交换膜燃料电池具有低温快速启动、比能量高、零排放、高效率等特点,应用前景广阔。低成本高效双极板成形方法成为制约质子交换膜燃料电池商业化的瓶颈之一。主要从材料选择和制备、流场结构布置以及双极板制造方法等方面,详细阐述了双极板的国内外研究现状及发展趋势,提出了微累积成形新方法,最后展望了双极板的研究方向。     

质子交换膜燃料电池金属双极板研究

通过对金属材料在腐蚀测试池和实际电池中电化学性能和接触电阻性能的对比研究,优选出一种表面无须处理、耐腐蚀性能与石墨相当的镍-铁-铬合金双极板材料。该合金材料加工的双极板装配成质子交换膜燃料电池后,在电流密度600A·cm-2放电时,额定工作电压达到0.72V,经过累积近300h的测试,性能没有出现明显衰减,表明其可直接在质子交换膜燃料电池环境下稳定工作。     

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.     

燃料电池不锈钢双极板CrN/CrC薄膜表面改性研究

采用离子镀技术在质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面制备了CrN/CrC多层薄膜。测试结果表明,与未镀膜的不锈钢基体相比,镀膜不锈钢的接触电阻(120N/cm2压紧力)降低2个数量级,并且耐蚀性能显著改善,腐蚀电流密度降低0.5~1个数量级。同时,镀膜不锈钢的耐久性亦大幅提升,改性薄膜可以有效保护不锈钢基体免受腐蚀损害。     

PEM燃料电池迷宫流场双极板的电化学性能研究

双极板流场结构对质子交换膜PEM(proton exchange membrane)燃料电池的电化学性能至关重要。基于双极板的工作原理和有限元分析FEA(finite element analysis)理论,设计了一种用于PEM燃料电池的新型迷宫流场结构双极板,通过建立包括质子交换膜、催化层、气体扩散层、迷宫流场结构双极板和流道在内的完整PEM燃料电池的三维模型并进行数值分析,研究具有该迷宫流道结构双极板PEM燃料电池的电化学性能。此外,还制备了具有该迷宫结构的石墨双极板试样并进行电化学性能实验。研究结果表明,在保持PEM燃料电池其他参数一致时,具有迷宫流场双极板的PEM燃料电池有较大的功率密度,其最大值为520.283 mA/cm2,实验结果与模拟结果一致,验证了数值模拟的可靠性。     

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.     

微型燃料电池双极板的研究现状

为了满足便携式设备电源高耗能、低污染的需求,关于微型燃料电池的应用研究也日益增多。双极板作为微型燃料电池关键部件之一,其质量占电池总质量的70%~80%,成本占电池成本的40%~50%。综述了微型燃料电池双极板的流场结构、微流场加工工艺和极板材料的研究现状,重点叙述了流场结构、流场加工工艺和极板材料的优缺点,并指出了亟待解决的问题。对降低双极板质量和成本、提高微型燃料电池运行效率的研究具有指导性意义。     

金属双极板与碳纸接触电阻率测量实验研究

提出了一种基于改进型差值法测量接触电阻率的方法,研究了工程实践中各因素对双极板与碳纸间接触电阻率的影响.结果 表明:碳纸疏水处理,其接触电阻率会提高10％.金属双极板电堆的组装压强要求大于1.2 MPa.双极板与碳纸接触电阻率起决定作用的是肩部比例.碳纸纵横向放置对双极板接触电阻率的影响在1％范围内,碳纸轧制刀模可以横...     

石墨板-碳纸接触电阻的测量

接触电阻是表征双极板性能的重要参数,然而由于接触电阻难于直接测量,许多研究中仅限于测量体积电阻,即本体电阻和接触电阻之和。通过电导池法测量得到双极板的本体电阻,而通过铜电极法得到了不同压力下的体电阻,结合这两套实验装置,分别得到了本体电阻和接触电阻。在考察不同因素对接触电阻的影响中发现,较低接触压力下接触电阻随着压力的增大迅速降低,而较高接触压力时接触电阻随着压力的增大下降缓慢。另外,改变接触方向对测试结果的影响较小。     

热塑性树脂基碳素复合材料双极板的研究

以热塑性树脂作为石墨的粘结剂,采用模压一次成型制备复合材料双极板。考察了成型温度、成型压力、树脂含量及不同导电骨料种类配比对双极板性能的影响。实验表明(:1)在较低的成型温度和成型压力下采用溶剂溶解法制备的双极板性能要优于直接混合法(;2)较好的制备工艺:树脂质量分数为10%～16%,天然与人造石墨比例接近1∶1,成型温度为130～160℃,成型压力为8～12MPa。     

燃料电池用碳/聚合物双极板的研究进展

综述了碳/聚合物双极板原料及制备方法的研究进展;探讨了热塑性树脂、热固性树脂适用的成型工艺,及聚合物双极板性能的影响因素;提出了燃料电池双极板的发展趋势.     

一种浸渍燃料电池用石墨双极板的新方法

石墨板虽然具有良好的导电、导热以及耐腐蚀等性能,但在制造过程中不可避免地产生气孔,含有气孔的石墨板作为质子交换膜燃料电池双极板会使H2和O2互相渗透,降低电池性能。采用真空加压方法以硅酸钠浓溶液浸渍石墨双极板,然后加酸加热使之转变为SiO2,使石墨板气孔率由18.2%降低至3.3%以下,在0.3MPaH2压力下不透气。经硅酸钠溶液浸渍后的石墨板电阻没有增加,而用其做的石墨双极板使电池性能在同样电流密度下约增加40mV以上。浸渍工艺保证了燃料电池的性能。     

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。     

非金属含碳材料在氢能燃料电池用双极板中的研究与应用进展综述

双极板对质子交换膜燃料电池的性能有重要的影响.它们是确保反应介质进入电池的媒介,而且双极板在很大程度上决定了燃料电池电堆的重量.因为重量和材料成本有直接关系,因此,双极板对燃料电池的制造成本有决定性作用.在目前的燃料电池产品中,双极板的质量可高达70％,并占电池成本的30％.增强复合双极板有独特的电学和机械性能,若解决...