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燃料电池不锈钢双极板表面Cr/C薄膜改性研究

Cr/C Coated 316L Stainless Steel as Bipolar Plate for Proton Exchange Membrane Fuel Cells

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【作者】 李慧哲付宇侯中军衣宝廉

【Author】 Hui-zhe Li;Yu Fu;Zhong-jun Hou;Bao-lian Yi;National Engineering Research Center of Fuel Cell & Hydrogen Technology,Sunrise Power CO.,LTD.;Dalian Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences;

【机构】 新源动力股份有限公司中科院大连化学物理研究所

【摘要】 质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、环境友好的发电装置,在环境和能源问题日益严峻的今天,受到越来越广泛的关注[1]。金属双极板是PEMFC的重要组成构件,具有高强度、易成型、低成本、高电池比功率等特点,是车用燃料电池的必然选择[2]。但是现有的金属双极板在燃料电池湿、热、酸性环境下,易于发生腐蚀,导致接触电阻增大,并且腐蚀溶出的金属离子会污染质子交换膜,直接降低了PEMFC性能和使用寿命。为解决上述问题,采用脉冲偏压电弧离子镀技术,在316L不锈钢表面制备多层改性薄膜,先沉积Cr过渡层金属并对其表面进行氧等离子体注入处理,再沉积制备Cr/C薄膜。研究表明,该改性薄膜表面完整致密,在1.2MPa压力下,与碳纸之间的界面接触电阻为16 mΩ·cm2,比未改性不锈钢低两个数量级,具有优异的导电性;动电位极化曲线测得的腐蚀电流密度为0.10.3μA/cm2,在0.6V恒电位下的电流密度稳定在0.10.4μA/cm2,耐蚀性显著优于未改性不锈钢;并且,薄膜样品的水接触角为82°,满足流场的疏水性要求。可见,该改性薄膜能够起到保护基材、提高表面导电性和耐蚀性的目的,在燃料电池双极板上具有良好的应用前景。

【Abstract】 Cr/C multilayer is deposited on 316 L stainless steel as bipolar plate for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs) by Arc ion plating(AIP). The transition layer of Cr is treated with oxygen plasma before the deposition of Cr/C layer. This coating is dense and continuous, and the interfacial contact resistance(ICR) between the coated sample and carbon paper is below 6 mΩ·cm~2 at 1.2 MPa pressure. The corrosion resistance of the coating is measured both by potentiodynamic and potentiostatic tests. The corrosion current density is around 0.1~0.3 μA/cm~2, significantly superior to uncoated stainless steel. The Cr/C coating is able to protect the substrate of stainless steel, improving conductivity and corrosion resistance of bipolar plate, which shows a good application prospect in PEMFCs.

  • 【会议录名称】 中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十九分会:电化学材料
  • 【会议名称】中国化学会第30届学术年会-第二十九分会:电化学材料
  • 【会议时间】2016-07-01
  • 【会议地点】中国辽宁大连
  • 【分类号】TM911.4
  • 【主办单位】中国化学会
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