燃料电池用铝基双极板表面改性研究

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1、中文摘要摘要双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组件之一，它占电池组总重量的80％和成本的45％．减轻重量、大幅度降低成本是目前PEMFC实现产业化发展的有效途径。做为一种传统的结构材料，铝比重小、价格低廉、易加工，但耐蚀性能较差，特别是在酸性介质中。因此，本文从材料表面改性入手，通过铝板表面镀铬、离子氮化等工艺手段，并结合相应的电化学性能测试，以研究、探索适用的表面处理技术，为铝或铝合金在PEMFC领域中的应用寻找可能的途径．本文首先对镀铬、稀土添加镀铬，以及前期预处理工艺等进行了深入细致的研究。通过工艺参数的优

2、化，最终在纯铝表面获得了结合良好、组织致密的镀铬层．在前述工作基础上，对镀铬层进行了离子氮化处理。经过反复试验，确定了合适的工艺参数，首次实现了铝基体上镀铬层的氮化处理，并对氮化层的结构和形貌进行了初步的分析．对获得的不同镀(渗)层进行了表面电阻和极化曲线等电化学测量，研究比较了不同工艺下镀(渗)层的接触电阻和耐蚀性能的变化。通过上述试验工作，本文得出如下结论：1．稀土添加可有效地降低镀铬层中微裂纹的宽度，使镀层组织更致密、晶粒更细小，—改善镀层质量；。2．铝基体上的镀铬层可在520"0～560℃温度范围内形成氮化物，为Cr

3、N和Cr2N。氮化温度过高或氮化时间过长，将导致镀铬层开裂、甚至剥落，这与铝基体和镀层之间热膨胀系数相差较大有关；3．经过氮化处理后的试样，接触电阻aeas低于未处理的镀铬试样。当压力为150Ncm{时，二者接触电阻均处于50m‘2cm2左右；4．由于铝的热膨胀系数比铬的大，在经历了高温氮化后，试样表面原有的裂缝进一步扩大，在0．05mol／LH2S04+2me／t,F溶液中，试样表面未形成稳定的钝化膜，耐蚀性能降低。关键词：质子交换膜燃料电池；铝基双极板；表面改性；极化曲线；接触电阻英文摘要StudyonSurfacePe

4、rformanceModificationofAluminumBipolarPlateforFuelCellAbstractBipolarpIalcisOReofthemostimportantcomponentsinPEMFC,whichoccupies80％and45％inweightandcostrespectively．Weightandcostofbipolarplatereductionhavebeenthechokepojntfortheindustrialization．Asatraditionalstruc

5、turalmaterial，aluminumisHght,cheapandeasilyprocessed．Batitsacid-resistantperformancejsnotwelLSochromiumelectmplatingandplasmanitridingaleusedtomodifytheperformanceofthealuminumplate'ssurfacesandelectrochemistryperformancetestsarecardedouttofindouttheappHcationinthe

6、fieldofPEMFC．Intensivestudiesofchromiumelectroplating,chromiumelectroplatingwithceriumoxid．eandpretreatmenttechnicsarecarriedoutinthispaper．Thenthewellintegratedandcompactchromiumlayerisobtainedbyoptimizingthetechnologicparameter,whichistreatedbyplasmanitridinglate

7、r．Plasmanitridingonthechromiumlayerofalumimimhasatlastcomefzuf-forthefirsttime．ByemployingX-rayDif丘action(XRD)andScanningElectzonicMicrocopy(SEMO，thesurfacemicrostructureandmorphologyhavebeenanalyzed．Finallythetransformationsofpolarizationcur、，esandinterfacialconta

8、ctresistanceshavebeencomparedbyelectrochemistryperformancetesting．Theconclusionsofthispaperthroughexaminationmentionedaboveare：1．Chromiumelectrop