雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）核心部件之一。傳統(tǒng)石墨質(zhì)雙極板因其成本高、易碎、體積大和透氣性高等特點制約了其應(yīng)用。金屬材料由于易加工、高強度與良好的導(dǎo)電性以及低成本等特性為雙極板的制備和應(yīng)用提供了新的途徑。然而,金屬在PEMFC運行環(huán)境下的耐蝕性及接觸電阻仍不夠理想,從而降低了燃料電池在運行過程中輸出的電性能。研究表明,在金屬雙極板表面用過渡金屬氮化物進行表面改性是提高金屬基體材料耐蝕性和導(dǎo)電性的有效途徑之一�；诟哽睾辖鸺捌涞锞哂袃�(yōu)良的耐蝕性能和導(dǎo)電性能,本文采用磁控濺射技術(shù)在304不銹鋼上制備高熵合金氮化物薄膜進行表面改性,通過在模擬PEMFC環(huán)境中的電化學(xué)性能測試和界面接觸電阻分析,系統(tǒng)探究了濺射工藝（襯底溫度和氮流量比RN）對高熵合金氮化物成膜及其對304不銹鋼表面改性后的性能影響。研究得到以下結(jié)果:1.利用掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）和X射線衍射儀（XRD）對沉積薄膜的形貌、成分和組織結(jié)構(gòu)進行表征。結(jié)果表明,襯底溫度對高熵合金FeCrCoNiMnNx薄膜的表面形貌和組織結(jié)構(gòu)有顯著影響,隨襯底溫度升高,薄膜的顆粒/晶粒尺寸增大;薄膜結(jié)構(gòu)由FCC+BCC向F... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

PEMFC的單體電池的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖

圖 1.2 雙極板的種類圖 1.3 涂層分類圖 質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀石墨雙極板具有許多的優(yōu)點，諸如導(dǎo)電性好、耐蝕性強，但是作為雙極板也不足之處，其機械強度不高、密度小、易碎，使得燃料電池體積大，占用空方便；在燃料電池運行環(huán)境下極易破壞，而且石墨板透氣率大，導(dǎo)致燃料電。在石墨雙極板上加工復(fù)雜的流場也非常困難，導(dǎo)致加工成本高。復(fù)合雙極板主要采用碳粉與導(dǎo)電樹酯粘結(jié)而成，加工雖然降低了成本，但是阻率的聚合物，會增大接觸電阻，導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降。C Shanmugham 等[11合物作為 316L 不銹鋼雙極板的耐蝕性涂層，研究發(fā)現(xiàn)其提高了耐腐蝕性能率和耐久性能不能達到預(yù)期目標(biāo)。金屬因其自身的導(dǎo)電性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的雙極板，研究者的關(guān)注。相比石墨板而言，金屬材料具有更好的導(dǎo)電及熱傳導(dǎo)性能，高燃料電池的輸出功率，改善電池?zé)崃抗芾�。金屬材料具有良好的機械加工

圖 1.2 雙極板的種類圖 1.3 涂層分類圖 質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀石墨雙極板具有許多的優(yōu)點，諸如導(dǎo)電性好、耐蝕性強，但是作為雙極板也不足之處，其機械強度不高、密度小、易碎，使得燃料電池體積大，占用空方便；在燃料電池運行環(huán)境下極易破壞，而且石墨板透氣率大，導(dǎo)致燃料電。在石墨雙極板上加工復(fù)雜的流場也非常困難，導(dǎo)致加工成本高。復(fù)合雙極板主要采用碳粉與導(dǎo)電樹酯粘結(jié)而成，加工雖然降低了成本，但是阻率的聚合物，會增大接觸電阻，導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降。C Shanmugham 等[11合物作為 316L 不銹鋼雙極板的耐蝕性涂層，研究發(fā)現(xiàn)其提高了耐腐蝕性能率和耐久性能不能達到預(yù)期目標(biāo)。金屬因其自身的導(dǎo)電性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的雙極板，研究者的關(guān)注。相比石墨板而言，金屬材料具有更好的導(dǎo)電及熱傳導(dǎo)性能，高燃料電池的輸出功率，改善電池?zé)崃抗芾�。金屬材料具有良好的機械加工

【參考文獻】：
期刊論文
[1]CrN和CrNiN涂層在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中的電化學(xué)性能及疏水性能[J]. 金杰,韓歲伍,安騰,馬君杰,張偉.  材料工程. 2016(10)
[2]Conductive and corrosion behaviors of silver-doped carbon-coated stainless steel as PEMFC bipolar plates[J]. Ming Liu,Hong-feng Xu,Jie Fu,Ying Tian.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(07)
[3]燃料電池不銹鋼雙極板CrN/CrC薄膜表面改性研究[J]. 吳博,付宇,侯中軍,衣寶廉,林國強.  電源技術(shù). 2015(06)
[4]質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板用不銹鋼的聚苯胺涂層改性[J]. 江自然,肖海波,陽東方,劉宇塵,姚銳,鄭峰.  粉末冶金材料科學(xué)與工程. 2014(02)
[5]Electrochemical behavior of 304 stainless steel with electrodeposited niobium as PEMFC bipolar plates[J]. Cheng-hao Liang, Cai-hong Cao, and Nai-bao Huang Transportation Equipments and Ocean Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(04)
[6]磁控濺射CrNx薄膜的接觸電阻及其耐腐蝕性能[J]. 譚俊,邢汝鑫,錢耀川.  中國表面工程. 2010(06)
[7]不銹鋼用作質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板的化學(xué)改性方法[J]. 潘歡歡,徐洪峰,孫昕,張偉.  機械工程學(xué)報. 2009(02)
[8]PEMFC金屬雙極板表面改性技術(shù)[J]. 譚俊,石恭臣,毛愛清,陳林.  裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報. 2007(03)

碩士論文
[1]不銹鋼雙極板表面納米Cr及CrN涂層的制備與性能研究[D]. 文雯.長沙理工大學(xué) 2015



本文編號：3423053