燃料電池用鋁基雙極板表面改性研究.pdf

1、雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的重要組件之一，它占電池組總重量的80﹪和成本的45﹪。減輕重量、大幅度降低成本是目前PEMFC實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的有效途徑。 做為一種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，鋁比重小、價(jià)格低廉、易加工，但耐蝕性能較差，特別是在酸性介質(zhì)中。因此，本文從材料表面改性入手，通過(guò)鋁板表面鍍鉻、離子氮化等工藝手段，并結(jié)合相應(yīng)的電化學(xué)性能測(cè)試，以研究、探索適用的表面處理技術(shù)，為鋁或鋁合金在PEMFC領(lǐng)域中的應(yīng)用尋找可能的途

2、徑。 本文首先對(duì)鍍鉻、稀土添加鍍鉻，以及前期預(yù)處理工藝等進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。通過(guò)工藝參數(shù)的優(yōu)化，最終在純鋁表面獲得了結(jié)合良好、組織致密的鍍鉻層。在前述工作基礎(chǔ)上，對(duì)鍍鉻層進(jìn)行了離子氮化處理。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定了合適的工藝參數(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了鋁基體上鍍鉻層的氮化處理，并對(duì)氮化層的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了初步的分析。對(duì)獲得的不同鍍(滲)層進(jìn)行了表面電阻和極化曲線(xiàn)等電化學(xué)測(cè)量，研究比較了不同工藝下鍍(滲)層的接觸電阻和耐蝕性能的變化。

3、 通過(guò)上述試驗(yàn)工作，本文得出如下結(jié)論： 1．稀土添加可有效地降低鍍鉻層中微裂紋的寬度，使鍍層組織更致密、晶粒更細(xì)小，改善鍍層質(zhì)量； 2．鋁基體上的鍍鉻層可在520℃～560℃溫度范圍內(nèi)形成氮化物，為CrN和Cr<,2>N。氮化溫度過(guò)高或氮化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致鍍鉻層開(kāi)裂、甚至剝落，這與鋁基體和鍍層之間熱膨脹系數(shù)相差較大有關(guān)； 3．經(jīng)過(guò)氮化處理后的試樣，接觸電阻Rc/ss低于未處理的鍍鉻試樣。當(dāng)壓力為