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钛金属双极板的腐蚀性能?

发布时间:2022-10-10 09:35:34访问数量:728

金属材料的耐腐蚀性能较差,满足不了燃料电池长期运行的需要,表面純化膜会增大双极板与膜电极扩散层间的接触电阻,这对双极板及电池可能造成多种不利影响:一是金属双极板的腐蚀穿孔使双极板两侧的氧化剂和燃料发生混合产生爆炸危险;二是金属溶解(特别是在电池阳极侧)产生的金属离子扩散到达电极,与质子交换膜进行离子交换,降低膜内通量与离子电导率,使欧姆般化作用增强,从而使电池总体性能下降,同时金属离子可能影响催化剂的性能;三是金属表面易于形成钝化膜(特别是在电池阴极一侧),钝化膜本身导电性差,同时也显著增大了双极板与电他扩散层的接触电阻,最终增大了电池内阻,降低电池输出性能。显然,就金属双极板材料选择而言,除考虑成本外,其核心关键是如何平衡金属材料的耐蚀与导电性能。不锈钢双极板在阴极氧化性气筑下表面会形成一层具有电子导电性的氧化膜(不超过10nm),它可以依靠导带中的电子或价带中的空穴流过电子电流,而离子电流却很难通过,同时这层氧化膜本身在溶液中的溶解速率很小。因此能够阻止极板合金元素溶解。但这种膜具有半导体性质,其厚度在阴极氧化性气氛下的增加会增大该侧的接触电阻。在阳极的还原性气飙下,不锈钢双极板常不能形成保护性氧化膜,腐蚀会导致金属以离子的形式溶解在溶液中或生成导电性较差的腐蚀产物吸附在金属表面。Wang9等发现在模拟燃料电池双极板工作环境下,阴极侧的钝化膜厚度明显高于阳极侧的钝化膜。金属双极板表面形成的氧化物膜增大了电池的内阻,而且极板表面氧化膜在电池运行过程中的不断加厚使电池不能稳定运行:另外表面电阻会影响夹持极板的力,电阻越大,所需夹持力越大。阳极侧金属的微量腐蚀溶解会污染催化剂和质子交换膜,导致催化剂活性和质子交换膜的离子导电性下降。

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根据 Davies 侧等的观点,增加合金中的镍和络的含量有助于减小合金表面钝化膜的厚度,提高电池性能,但这无疑会增加双极板的成本,因此镍基合金不具商业化应用前景;与不锈钢、镍基合金相比,轻金属双极板如铝、钛双极板在提高 PEMFC 比功率方面具有明显的优势。钛在电池阴、阳极环境中均具有优异的耐蚀性能例,但其突出问题是表面形成绝缘的钛氧化膜。 La 等人以 TiC 为主要材料制备钛合金双极板,结果表明,此种钛金属双极板在工作电位范围内具有长期的热稳定性租良好的力学性能,而其电导率可达到普通石墨的5倍,但用这种材料制作双极板会大大提高 PEMFC 的制造成本。而 AI 及其合金则在 PEMFC 环境中的活性较高,必须施加表面防护涂层。不锈钢富含 Cr 、 Ni 等金属,其表面的氧化膜在燃料电池中可有效保护合金。



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