鋁合金雙極板制備及性能研究.pdf

1、綜述了質子交換膜燃料電池的研究和應用開發(fā)現狀，分析了制約質子交換膜燃料電池應用的主要因素。首次以鋁合金為基體材料，采用電腦雕刻技術加工流場和化學鍍鎳磷合金對其進行表面改性處理，得到了性能優(yōu)異的鋁合金雙極板材料。 1、以鋁合金為基體材料，按照最簡單的蛇形結構設計流場，采用電腦雕刻技術加工流場，流道寬度和深度均為1mm，電腦雕刻流場精度高和容易控制。 2、浸鋅是鋁合金化學鍍鎳磷合金工藝中的關鍵步驟之一，通過全因子試驗得到了鋁

2、合金浸鋅的溶液配方和工藝參數：ZnSO<,4>·7H<,2>O 30～50g/L，NaOH 80～100 g/L，NaF80～120 g/L，FeCl<,3> 0.5～1g/L，絡合劑8～20g/L；溫度20～40℃，一次浸鋅時間1～3 min，二次浸鋅時間30～40 s。在此條件下可以獲得厚度約50nm的均勻和致密的浸鋅層。 3、采用堿性一酸性雙溶液體系化學鍍鎳磷合金工藝，堿性預鍍可以避免浸鋅層過度溶解、溶解的鋅離子和鋁離子污

3、染酸性鍍溶液。以酸性溶液的鍍速和鍍層的耐蝕性能為評價標準，通過單因子試驗得到了化學鍍鎳磷合金的溶液配方和工藝參數。1)堿性預鍍鎳磷合金：NiSO<,4>·6H<,2>O 20～30g/L，NaH<,2>PO<,2>·H<,2>O 15～25g/L，復合絡合劑35～50g/L，pH值9.0～10.0，溫度60～70℃，時間5min左右，鍍層厚度約為0.5μm；2)酸性鍍鎳磷合金：NiSO<,4>·6H<,2>O 22～38g/L，NaH<

4、,2>PO<,2>·H<,2>) 28～36 g/L，HAc18～35ml/L，復合絡合劑25～35g/L，促進劑1～5g/L，稀土鹽0.5～2g/L，pH：值4.4～5.0，溫度85～92℃，鍍層厚度為30～50μm，化學鍍時間根據具體厚度而定。 4、采用電子探針法測定了鍍層的鎳磷含量，X-射線衍射法研究了熱處理對鍍層結構的影響，伏安法研究了熱處理對鍍層耐蝕性的影響，同時測試了鍍層的結合強度、顯微硬度和表面形貌以及雙極板的電性

5、能。1)鍍態(tài)下鍍層為典型非晶態(tài)結構，具有較高的耐蝕性，結合強度為115 MPa左右，顯微硬度520 HV左右；2)鍍層熱處理溫度達到200℃時有輕微晶化現象，600℃時呈現明顯晶態(tài)結構，晶化產物為Ni和Ni<,3>P。在200～250℃熱處理4～6h，鍍層晶化不明顯，但是耐蝕性和結合強度明顯提高，顯微硬度高達1000Hv；3)雙極板的導電性能優(yōu)異，電導率高達1.65～1.79x 10<'7>S·m<'-1>，比不銹鋼(1.25～1.42