發(fā)布時間：2020-12-24 08:33

　　研究了在上海汽車集團股份有限公司(SAIC)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)電堆中運行2 000 h后的鍍金雙極板的導電性和耐蝕性,探討了雙極板的腐蝕失效機制,得出其失效主要由原電池腐蝕和縫隙腐蝕引起。 

【文章來源】：電鍍與涂飾. 2020年13期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

服役2000h后鍍金雙極板的表面狀態(tài)(a)和點蝕坑形貌(b)Figure1Surfacestate(a)ofgold-coatedbipolarplateafterworkingfor2000handmorphologyofthecorrosionpits(b)onit(a)(b)

坪玫牧韉瀾峁梗?緩蟠趴亟ι渚?鵲�、厚度�?35nm的純金鍍層。電堆中服役前后統(tǒng)一基于雙極板陰極側(cè)的狀態(tài)變化進行觀察，電化學的離線模擬測試沒有陰、陽極之分。2失效情況分析2.1表面狀態(tài)從圖1a可知，在PEMFC電堆中服役2000h后，鍍金316L不銹鋼雙極板的陰極側(cè)出現(xiàn)均勻分布的黑點。采用JEOLJSE-6700F掃描電鏡(SEM)觀察這些黑點可見有明顯的點蝕坑(見圖1b)，主要分布在雙極板沖壓流道結(jié)構(gòu)的脊部，少量位于流道的溝槽中�？傮w而言，點蝕的分布較均勻，部分腐蝕嚴重區(qū)域有金層脫落(見圖2)。(a)(b)圖1服役2000h后鍍金雙極板的表面狀態(tài)(a)和點蝕坑形貌(b)Figure1Surfacestate(a)ofgold-coatedbipolarplateafterworkingfor2000handmorphologyofthecorrosionpits(b)onit圖2服役2000h后雙極板表面鍍金層的脫落情況Figure2Peelingphenomenonofgoldcoatingonbipolarplateafterworkingfor2000h2.2耐蝕性采用美國普林斯頓P3000A電化學工作站測試雙極板在由稀硫酸和0.1mg/L氫氟酸組成的溶液(pH=3)中的塔菲爾(Tafel)曲線，將樣品切割成2.5cm×5.0cm大小，用酚醛樹脂夾板和硅膠封閉，只露出2.2cm2的圓形區(qū)域，以鉑電極作為對電極，銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極作為參比電極，掃描電位范圍為0.4~0.6V[相對于標準氫電極(SHE)]，掃描速率為1mV/s，測試前經(jīng)過30min的開路電位(OCP)測試。從圖3可知，未服役和在電堆中服役2000h后雙極板的開路電位都穩(wěn)定在0.18V(相對于SHE)左右，采用電化學工作站自帶的PowerSuite軟件擬合得到未服役和在電堆中服役2000h的鍍Au雙極板的腐蝕電流密度分別為2.43×107A/cm2和4.76×107A

鍍金雙極板應用于質(zhì)子交換膜燃料電池中的腐蝕失效分析854如圖8所示，PEMFC的電子流會促進雙極板陰極側(cè)的原電池腐蝕，因為陰極側(cè)原電池的電子流方向和PEMFC的電子流移動方向相同。同理，由于陽極側(cè)原電池的電子流方向與PEMFC的電子流方向相反，其原電池腐蝕受到抑制，在雙極板的陽極側(cè)只會形成很少的點蝕。圖9總結(jié)了金屬雙極板腐蝕的失效機制。鍍層失效來源于不銹鋼基板的缺陷和雙極板脊部與GDL形成的界面，該界面提供了縫隙腐蝕所需的條件，而基板缺陷促進了原電池腐蝕的發(fā)生。圖8鍍金雙極板的原電池腐蝕機制Figure8Mechanismofgalvaniccorrosionongold-coatedbipolarplate圖9鍍金雙極板的失效機制Figure9Failuremechanismofgold-coatedbipolarplate4結(jié)語根據(jù)對鍍金316L不銹鋼雙極板在上海汽車集團股份有限公司的PEMFC電堆中服役2000h前、后導電性和耐蝕性的研究，認為鍍金雙極板在PEMFC電堆中服役的失效機制主要包含以下兩方面：一是雙極板脊部與GDL之間的接觸導致縫隙腐蝕的發(fā)生，二是基體加工和鍍層濺射過程中形成的原始缺陷導致原電池腐蝕的發(fā)生。通過精選不銹鋼原材料和優(yōu)化磁控濺射工藝來提高鍍層的致密性，盡量減少縫隙腐蝕，是提升雙極板使用壽命的有效途徑。參考文獻：[1]沈杰,劉衛(wèi),王鐵鋼,等.304不銹鋼雙極板表面TiN涂層的腐蝕和導電行為研究[J].中國腐蝕與防護學報,2017,37(1):63-68.[2]MAL,WARTHESENS,SHORESDA.EvaluationofmaterialsforbipolarplatesinPEMFCs[J].JournalofNewMaterialsforElectrochemicalSystems,2000,3(3):221-228.[3]ABDULLAHAM,MOHAMMADAM,OKAJIMAT,etal.Effectofload,temperatureandhumidity

【參考文獻】：
期刊論文
[1]質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料研究進展[J]. 李俊超,王清,蔣銳,吳愛民,林國強,董闖.  材料導報. 2018(15)
[2]304不銹鋼雙極板表面TiN涂層的腐蝕和導電行為研究[J]. 沈杰,劉衛(wèi),王鐵鋼,潘太軍.  中國腐蝕與防護學報. 2017(01)
[3]燃料電池不銹鋼雙極板表面改性研究進展[J]. 方亮.  電源技術(shù). 2013(07)
[4]表面改性金屬雙極板在直接甲醇燃料電池中的應用[J]. 楊春,王金海,謝曉峰,尚玉明,王樹博,毛宗強.  化工學報. 2011(S1)



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