發(fā)布時(shí)間：2017-11-15 01:06

  本文關(guān)鍵詞：質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板表面制備納米晶Zr基涂層

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【摘要】：燃料電池(Fuel Cells)作為一種高效和潔凈的發(fā)電技術(shù),它可以將活性物質(zhì)的化學(xué)能通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能,具有能量轉(zhuǎn)化率高(40%~60%)、環(huán)境友好、工作噪音低、幾乎不排放氮和硫的氧化物,較低的二氧化碳排放量等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為是繼水力、火力和核能之后的第四代發(fā)電裝置。作為第五代燃料電池的質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFC)是以固態(tài)的高分子聚合物作為電解質(zhì),具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)噪聲、零污染、無(wú)腐蝕、工作溫度低、冷啟動(dòng)快、壽命長(zhǎng)和比功率高等優(yōu)點(diǎn),具有極其廣闊的應(yīng)用前景,尤其適合做電動(dòng)車(chē)、潛艇和各種可移動(dòng)電源,己成為世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)之一。雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組件之一。通常雙極板可分為石墨板和金屬板兩種類(lèi)型。金屬材料比石墨材料具有更好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性以及良好的機(jī)械強(qiáng)度與機(jī)加工性能等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的必然選擇。但金屬雙極板在質(zhì)子交換膜燃料電池氫電極側(cè)的高溫及酸性環(huán)境下易發(fā)生腐蝕溶解,致使電極電催化劑活性降低以及污染質(zhì)子交換膜,導(dǎo)致膜電阻增加;而在氧電極側(cè),表層鈍化膜會(huì)導(dǎo)致與氣體擴(kuò)散層之間的界面接觸電阻增大,增強(qiáng)了歐姆極化作用,降低燃料電池輸出功率。本文采用雙陰極等離子濺射沉積技術(shù)分別在Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼雙極板表面制備了納米晶Zr和Zr C涂層。所制備涂層由外層沉積層和成分呈梯度分布的內(nèi)層擴(kuò)散層構(gòu)成,其微觀組織連續(xù)、致密,且與基體結(jié)合良好。通過(guò)動(dòng)電位極化、恒電位極化、開(kāi)路電位(OCP)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等電化學(xué)測(cè)試技術(shù)分別評(píng)估了納米晶Zr基涂層、Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼在模擬PEMFC環(huán)境中的耐腐蝕性能以及溫度的變化(25℃、40℃、55℃、70℃)對(duì)模擬PEMFC環(huán)境下納米晶Zr基涂層、Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼耐腐蝕性能的影響。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明:在模擬PEMFC環(huán)境中,納米晶Zr基涂層的腐蝕電位、容抗弧半徑、相位角最大值及其頻率寬度均明顯大于Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼。在+0.6 V的陰極工作電極電位下,納米晶Zr基涂層均處于鈍化區(qū)內(nèi),316不銹鋼位于過(guò)鈍化區(qū),且納米晶Zr基涂層的鈍化電流密度較Ti-6A1-4V合金降低約4個(gè)數(shù)量級(jí);而在-0.1 V的陽(yáng)極工作電極電位下,納米晶Zr基涂層均呈現(xiàn)出陰極保護(hù)特性。溫度越高,雙極板材料的耐腐蝕性能越差,且納米晶Zr C涂層的溫度腐蝕敏感性納米晶Zr涂層Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼。此外,納米晶Zr基涂層還同時(shí)改善了Ti-6A1-4V合金和316不銹鋼的導(dǎo)電性以及憎水性能。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM911.4

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