燃料电池用不锈钢基双极板表面改性研究

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质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可以将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的清洁能量转换装置。具有能量转化效率高、清洁无污染、无噪音、运行可靠性高等优点,是很具有前景的新型能源装置。双极板是PEMFC关键部件之一,占据电堆重量的60%-70%,电堆的生产成本40%左右。传统石墨双极板价格高昂、质脆,目前国际上主要应用薄金属板替代传统石墨双极板,以期降低成本,并提高电池堆的体积能量密度和质量能量密度。为提高金属双极板的耐腐蚀性和保持高表面导电性,本课题组提出了电镀铬氮化复合处理作为304不锈钢双极板材料的改性方法,前期的研究取得了很好的效果。但是,电镀铬存在微裂纹,经过氮化的镀层有时裂纹不能完全闭合。本文分析了复合处理层裂纹不能完全闭合的原因,在不同王艺条件下制备了三组镀铬304ss,在550℃温度条件下进行了10小时的渗氮处理,并对其进行了电化学和接触电阻的测试。结果显示,在250g/LCrO3±2.5g/L H2SO4的镀液中、温度为70℃、电流密度为25A/dm2时在304ss表面获得的乳白铬镀层,经氮化后,光学金相显微镜观察结果显示无裂纹存在。而氮化后的硬铬镀层,含有大量微小裂纹;多裂纹铬镀层经氮化后有粗大裂纹存在。电化学测试结果显示,氮化乳白铬镀层在模拟PEMFC环境中(0.05mol/L H2SO4+2mg/LF-)在通入H2/O2的情况下耐腐蚀性都优于其他两组,维钝电流密度分别为5~6μA/cm2和3~5μtA/cm2。在阴极环境的通入空气0.6V恒压极化和阳极环境通入氢气-0.1V的恒压极化时表现出的腐蚀电流密度稳定并且长时间保持在很低的值。在压力为150N/cm2时,三组试样接触电阻均在25mΩcm2左右,说明不同的镀铬工艺对复合处理后试样的接触电阻影响不大。
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