研究了在上海汽車集團(tuán)股份有限公司(SAIC)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆中運(yùn)行2 000 h后的鍍金雙極板的導(dǎo)電性和耐蝕性,探討了雙極板的腐蝕失效機(jī)制,得出其失效主要由原電池腐蝕和縫隙腐蝕引起。 

【文章來(lái)源】：電鍍與涂飾. 2020年13期 北大核心

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服役2000h后鍍金雙極板的表面狀態(tài)(a)和點(diǎn)蝕坑形貌(b)Figure1Surfacestate(a)ofgold-coatedbipolarplateafterworkingfor2000handmorphologyofthecorrosionpits(b)onit(a)(b)

坪玫牧韉瀾峁梗?緩蟠趴亟ι渚?鵲�、厚度�?35nm的純金鍍層。電堆中服役前后統(tǒng)一基于雙極板陰極側(cè)的狀態(tài)變化進(jìn)行觀察，電化學(xué)的離線模擬測(cè)試沒(méi)有陰、陽(yáng)極之分。2失效情況分析2.1表面狀態(tài)從圖1a可知，在PEMFC電堆中服役2000h后，鍍金316L不銹鋼雙極板的陰極側(cè)出現(xiàn)均勻分布的黑點(diǎn)。采用JEOLJSE-6700F掃描電鏡(SEM)觀察這些黑點(diǎn)可見(jiàn)有明顯的點(diǎn)蝕坑(見(jiàn)圖1b)，主要分布在雙極板沖壓流道結(jié)構(gòu)的脊部，少量位于流道的溝槽中。總體而言，點(diǎn)蝕的分布較均勻，部分腐蝕嚴(yán)重區(qū)域有金層脫落(見(jiàn)圖2)。(a)(b)圖1服役2000h后鍍金雙極板的表面狀態(tài)(a)和點(diǎn)蝕坑形貌(b)Figure1Surfacestate(a)ofgold-coatedbipolarplateafterworkingfor2000handmorphologyofthecorrosionpits(b)onit圖2服役2000h后雙極板表面鍍金層的脫落情況Figure2Peelingphenomenonofgoldcoatingonbipolarplateafterworkingfor2000h2.2耐蝕性采用美國(guó)普林斯頓P3000A電化學(xué)工作站測(cè)試雙極板在由稀硫酸和0.1mg/L氫氟酸組成的溶液(pH=3)中的塔菲爾(Tafel)曲線，將樣品切割成2.5cm×5.0cm大小，用酚醛樹脂夾板和硅膠封閉，只露出2.2cm2的圓形區(qū)域，以鉑電極作為對(duì)電極，銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極作為參比電極，掃描電位范圍為0.4~0.6V[相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SHE)]，掃描速率為1mV/s，測(cè)試前經(jīng)過(guò)30min的開(kāi)路電位(OCP)測(cè)試。從圖3可知，未服役和在電堆中服役2000h后雙極板的開(kāi)路電位都穩(wěn)定在0.18V(相對(duì)于SHE)左右，采用電化學(xué)工作站自帶的PowerSuite軟件擬合得到未服役和在電堆中服役2000h的鍍Au雙極板的腐蝕電流密度分別為2.43×107A/cm2和4.76×107A

鍍金雙極板應(yīng)用于質(zhì)子交換膜燃料電池中的腐蝕失效分析854如圖8所示，PEMFC的電子流會(huì)促進(jìn)雙極板陰極側(cè)的原電池腐蝕，因?yàn)殛帢O側(cè)原電池的電子流方向和PEMFC的電子流移動(dòng)方向相同。同理，由于陽(yáng)極側(cè)原電池的電子流方向與PEMFC的電子流方向相反，其原電池腐蝕受到抑制，在雙極板的陽(yáng)極側(cè)只會(huì)形成很少的點(diǎn)蝕。圖9總結(jié)了金屬雙極板腐蝕的失效機(jī)制。鍍層失效來(lái)源于不銹鋼基板的缺陷和雙極板脊部與GDL形成的界面，該界面提供了縫隙腐蝕所需的條件，而基板缺陷促進(jìn)了原電池腐蝕的發(fā)生。圖8鍍金雙極板的原電池腐蝕機(jī)制Figure8Mechanismofgalvaniccorrosionongold-coatedbipolarplate圖9鍍金雙極板的失效機(jī)制Figure9Failuremechanismofgold-coatedbipolarplate4結(jié)語(yǔ)根據(jù)對(duì)鍍金316L不銹鋼雙極板在上海汽車集團(tuán)股份有限公司的PEMFC電堆中服役2000h前、后導(dǎo)電性和耐蝕性的研究，認(rèn)為鍍金雙極板在PEMFC電堆中服役的失效機(jī)制主要包含以下兩方面：一是雙極板脊部與GDL之間的接觸導(dǎo)致縫隙腐蝕的發(fā)生，二是基體加工和鍍層濺射過(guò)程中形成的原始缺陷導(dǎo)致原電池腐蝕的發(fā)生。通過(guò)精選不銹鋼原材料和優(yōu)化磁控濺射工藝來(lái)提高鍍層的致密性，盡量減少縫隙腐蝕，是提升雙極板使用壽命的有效途徑。參考文獻(xiàn)：[1]沈杰,劉衛(wèi),王鐵鋼,等.304不銹鋼雙極板表面TiN涂層的腐蝕和導(dǎo)電行為研究[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2017,37(1):63-68.[2]MAL,WARTHESENS,SHORESDA.EvaluationofmaterialsforbipolarplatesinPEMFCs[J].JournalofNewMaterialsforElectrochemicalSystems,2000,3(3):221-228.[3]ABDULLAHAM,MOHAMMADAM,OKAJIMAT,etal.Effectofload,temperatureandhumidity

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]304不銹鋼雙極板表面TiN涂層的腐蝕和導(dǎo)電行為研究[J]. 沈杰,劉衛(wèi),王鐵鋼,潘太軍.  中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào). 2017(01)
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