高温PEMFC不锈钢双极板的电化学性能研究

【摘要】质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种能量效率高、环境友好的清洁能源发电装置,在载运工具、移动电源等领域具有着广阔的应用前景。运行温度在100-C以上的高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFC)相对于传统的低温PEMFC,反应动力学速度增快,能量密度提高,CO耐受力增强,水热管理更容易,是当今PEMFC的主要发展方向。双极板是PEMFC重要组件之一,它直接决定电池的成本、体积和能量密度。目前的研发工作主要集中于高温质子交换膜和高温催化剂的研究,而对于HT-PEMFC的双极板研究还鲜见报道。目前HT-PEMFC研究最多的是采用磷酸/聚苯并咪唑膜作为质子交换膜,本文针对使用该质子交换膜的HT-PEMFC,探索其模拟高温腐蚀环境,进而研究该环境下不锈钢双极板的电化学性能。本文首先探索了在H3P04溶液中添加有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)模拟HT-PEMFC的腐蚀环境。在此基础上通过动电位极化、恒电位极化及表面形貌观察评价了304、316、430不锈钢(SS)在该模拟腐蚀环境中不同温度下的耐蚀性；同时采用多弧离子镀技术在304SS表面制备TiN镀层(TiN-304SS),对比在110℃高温腐蚀环境中,304SS改性前后的耐蚀性和表面导电性。得出结果如下：1.通过在0.5MH3PO4溶液中添加10MDMF,可以提高腐蚀溶液的沸点至116℃。DMF的添加对不锈钢的腐蚀电流密度几乎没有影响,可以选定110℃来模拟PEMFC高温腐蚀环境。2.在腐蚀环境分别为0.5MH3P04和0.5MH3P04+10MDMF时,随着温度升高,三种不锈钢的腐蚀电流密度均增大,表面钝化膜的稳定性均下降,并且在110℃高温下,三种不锈钢均发生严重的晶界腐蚀。3.[iN-304SS在模拟高温环境下的腐蚀电流密度低于未改性的304SS,耐蚀性提升；并且接触电阻也较未改性的304SS降低,表面导电性得到提高。
【作者】康彬；
【导师】孙俊才；孙中南；
【作者基本信息】大连海事大学，材料工程，2014，硕士
【关键词】高温质子交换膜燃料电池；不锈钢双极板；耐蚀性；TiN；接触电阻；

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