【摘 要】
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质子交换膜燃料电池（PEMFC）是利用氢能的重要装置,它可以高效、直接地将氢的化学能转化为电能输出。双极板作为PEMFC的重要组件,必须具备良好耐腐蚀性和导电性。使用钛制造双极板有利于PEMFC的轻量化,扩大燃料电池的应用场景。但是在PEMFC的环境中,钛很容易产生钝化膜,增大阻抗、降低PEMFC的输出功率,因此需要对金属钛进行表面改性。良好的金属导电性要求表面具有高活性,而提高耐腐蚀性的重要途径
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质子交换膜燃料电池（PEMFC）是利用氢能的重要装置,它可以高效、直接地将氢的化学能转化为电能输出。双极板作为PEMFC的重要组件,必须具备良好耐腐蚀性和导电性。使用钛制造双极板有利于PEMFC的轻量化,扩大燃料电池的应用场景。但是在PEMFC的环境中,钛很容易产生钝化膜,增大阻抗、降低PEMFC的输出功率,因此需要对金属钛进行表面改性。良好的金属导电性要求表面具有高活性,而提高耐腐蚀性的重要途径是金属表面形成致密的钝化层,二者矛盾。过渡族金属碳化物的成键方式包括金属键和共价键,因此其具有良好的导电性和化学惰性。本文提出,利用双层辉光离子渗金属技术在TA2表面进行渗碳处理,制备碳化物改性层,以提高钛金属的综合性能。考虑到金属V和Ti属于无限互溶金属,金属Ta本身具有较好的耐腐蚀性能,为进一步提高双极板的性能,本文初探C-V、C-Ta共渗处理的可能性。经过表面渗碳处理后,TA2基体表面形成了均匀致密的Ti C改性层,在模拟PEMFC环境（0.5 M H2SO4+百万分之一HF,70℃）中测得改性试样的腐蚀电流密度为5.867×10-6 A cm-2;当压实力为140 N cm-2时,界面接触电阻率3.99 mΩcm-2,比TA2基体降低了一个数量级。在渗碳的过程中掺杂金属V,使得TA2基体表面形成了均匀致密的Ti C/VC改性层。测得改性层的界面接触电阻率1.17 mΩcm-2,表明C-V共渗处理可以显著地改善TA2基体的导电性能;其腐蚀电流密度为5.238×10-6 A cm-2,掺杂V渗碳对试样的耐腐蚀性能提高幅度较小。对TA2基体进行C-Ta共渗,在基体表面制得结构致密的Ti C/Ta C改性层。测得改性层的腐蚀电流密度和界面接触电阻率分别是1.277×10-8 A cm-2、2.05 mΩcm-2,表明C-Ta共渗在提高导电性能的同时可以显著改善基体的耐腐蚀性能。在TA2基体表面进行C-Ta共渗处理,是提高TA2综合性能的有效方案。
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