双极板的类型与涂层

双极板是PEMFC电堆的重要组件,约占整体70%的质量和30%的价格。根据双极板材料的不同可以分为石墨双极板、金属双极板和复合双极板。石墨及其复合材料脆性大、渗气性高、成本较高,相比之下,金属双极板强度更高,具有更好的成形性、抗冲击性和较低的渗气性。根据适用的车型和功率不同,可将PEMFC电堆分为高功率、中功率、低功率3类。

金属双极板因其在超薄状态下的成形性能优于其他材料,在高功率电堆中得到了广泛应用,而石墨双极板和复合双极板一般用于中、低功率电堆中。

双极板的类型与涂层 - 氢燃料电池双极板镀膜工艺 - 驰飞超声波喷涂

常用的金属双极板材料包括不锈钢、铝合金、钛合金、泡沫金属等。在众多金属材料中,不锈钢因其良好的机械性能和较低的成本得到了广泛应用。虽然不同不锈钢中元素的比例可能不同,但是元素种类是大致相同的,主要包括Fe、Ni、Mn、Cr、Cu、Mo等金属元素,以及C、N、P、S、Si等非金属元素。

金属双极板的导电性和耐久性受到表面形貌和结构的影响.在恶劣的工作环境中,金属双极板可能发生表面腐蚀和钝化。由于钝化膜能够保护膜下金属不受进一步的腐蚀,因此许多早期的PEMFC直接使用不锈钢、Al、Ti、Ni等容易形成钝化膜的材料作为双极板。但是,钝化膜改变了双极板和扩散层的表面形貌,导致界面接触电阻(interfacecontactresistance,ICR)增大,会降低输出功率,且ICR随钝化膜厚度的增大而增大,因此目前的研究主要集中在金属双极板的涂层上根据涂层的元素组成。

涂层可分为金属涂层、非金属涂层和复合涂层。金属涂层包括金属氮化物涂层、金属碳化物涂层、金属氧化物涂层以及其他金属涂层(如贵金属涂层、合金涂层等)。金属涂层具有优良的导电性和化学稳定性,但有些涂层的成本较高,如贵金属涂层,如今已较少使用;非金属涂层包括石墨基涂层和导电聚合物涂层,它们具有制备简单、成本低的特点,但有些涂层也存在耐蚀性差和易脱落的问题。

复合涂层结合了金属涂层和非金属涂层的优点,在具有一定耐蚀性的基础上,可以保持良好的导电性,但是掺杂的金属离子也会影响涂层的表面微观结构。涂层加工方法可以分为电镀、化学镀、气相沉积法、热处理法、离子注入法和喷涂法等。对相同成分的涂层采用不同的方法进行处理,导电性和耐久性会受到不同的影响。

杭州驰飞的燃料电池催化剂涂层系统可产生高度均匀,可重复和耐用的涂层,特别适合这些挑战性应用。从研发到生产,我们的防堵塞技术可以更好地控制涂层属性,显著减少原材料用量,并减少维护和停机时间。

超声镀膜系统可在燃料电池和质子交换膜(PEM)电解器(如Nafion)的电解工艺上产生高度耐用、均匀的碳基催化剂墨水涂层,而膜不会变形。均匀的催化剂涂层沉积在PEM燃料电池、GDL、电极、各种电解质膜和固体氧化物燃料电池上,喷涂的悬浮液包含炭黑墨水、PTFE粘合剂、陶瓷浆料、铂和其他贵金属。也可以使用超声波喷涂其他金属合金,包括金属氧化物悬浮液的铂、镍、铱和钌基燃料电池催化剂涂层,以制造PEM燃料电池、聚合物电解质膜(PEM)电解槽、DMFC(直接甲醇燃料电池)和SOFC(固体氧化物燃料电池)可产生大负荷和高电池效率。

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杭州驰飞是超声镀膜系统开发商和制造商,产品主要应用于燃料电池质子交换膜喷涂、薄膜太阳能电池、钙钛矿、微电子、半导体、 纳米新材料、玻璃镀膜、 生物医疗、纺织品等领域。

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