燃料电池金属双极板材料与涂层研究
燃料电池金属双极板材料与涂层研究 金属双极板材料 金属及合金有良好的力学性能和导电性能,且价格便宜;在服役环境中金属表面容易形成钝化膜,虽然这些钝化膜减缓了腐蚀速率,但这些钝化膜的电导率低,从而导致燃料电池的输出功率和使用寿命降低。金属材料在服役条件下的导电性和耐蚀性具有矛盾性,如何解决这对矛盾,实现材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,是金属双极板技术提升的一大瓶颈。目前,解决导电性与耐蚀性问题的最有效方法是金属表面进行涂层改性,涂层后的金属双极板能在保证良好导电性的同时提高双极板的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命提升。但是不同金属材料表面涂层改性后表现出的性能各有差异,因此,选择合适的基材与涂层材料是金属双极板实现在双极板上广泛运用的关键。 1.金属双极板基体材料 金属双极板基体材料主要包括不锈钢、铝、钛合金。这类材料强度高、韧性好,且具有良好的导电性和加工性能。例如,金属双极板的导电性可达石墨的10~100倍,并且由于具有优异的力学性能,金属双极板的厚度可以小于1mm,从而可大幅度降低电池组的体积。但是金属材料在电池环境中(pH=2~3,T=80℃)容易发生腐蚀,造成电池性能下降。研究发现溶解后的金属离子会扩散到电池膜中,从而引起电池膜的传导率下降。有学者认为不锈钢双极板的耐蚀性不仅与Cr有关,也受合金元素Mo的影响。并指出,电池性能主要与不锈钢的成分有关,接触电阻与Cr、Ni的含量有关。 [...]