PECVD法原位渗氮表面改性钛双极板的性能

为了提升钛双极板的导电性和耐腐蚀性,利用氮气等离子体原位渗氮法对钛片(TA2)进行表面改性,制备了系列氮化钛涂层,系统研究了反应温度和渗氮时间对涂层表面形貌、疏水性、界面导电性和耐腐蚀性的影响.结果表明,温度过高会导致氮化钛生长过快,颗粒尺寸较大;温度较低不利于表面反应,涂层不能完全覆盖钛基底;渗氮时间较短,表面生成不规则的纳米生长核,致使涂层不平整、钛基底裸露;渗氮时间过长,涂层呈阶梯堆垛状,平整度降低.650℃下渗氮90 min制备的氮化钛涂层(TiN-650-90)均匀平整,组成为TiN0.26;TiN-650-90的水接触角提升至105.4°,表面疏水性有利于改善燃料电池的水管理性能;界面接触电阻(ICR)随加载压力增大而降低,2.75 MPa时TiN-650-90的ICR稳定至6.5 mΩ·cm^(2),满足美国能源部(DOE)要求(≤10 mΩ·cm^(2));TiN-650-90的腐蚀电流密度为0.56μA·cm^(–2),–0.1 V恒电位下的电流密度为0.67μA·cm^(–2),耐腐性和稳定性较钛的明显提升.该方法制备氮化钛涂层表面改性钛双极板,具有沉积温度低、速度快,疏水性、导电性和耐腐蚀性优良等优点,可为金属双极板表面改性提供方法借鉴和工艺参考.

钛双极板表面碳掺杂氮化钛耐腐蚀涂层制备

为改善钛双极板在质子交换膜(PEM)水电解槽环境中的耐腐蚀性能和导电性能,采用电泳沉积-热处理两步法在钛基底表面制备碳掺杂氮化钛(C-TiN)复合保护涂层,并在0.5 mol/L的H_(2)SO_(4)和5 mg/L的F-溶液中模拟PEM水电解槽阳极环境测试其电化学腐蚀性。结果表明,电泳沉积及热处理改善了氮化钛纳米颗粒的连通性,增强了涂层与衬底的粘附力,实现了电子在电活性材料中快速传递。400℃下制备的碳掺杂氮化钛涂层(C-TiN-400℃),其导电性与耐蚀性均得到明显提升;相比于未处理的样品,镀有C-TiN-400℃涂层的样品在146.3 N/cm^(2)压力下的接触电阻可达到2.25 mΩ·cm^(2)。

SPE电解水用钛双极板表面氮化物涂层的制备与评价

采用PIRAC(粉末埋入反应辅助涂覆)氮化工艺在钛双极板表面制备一层氮化物防护涂层,研究了氮化温度对涂层的微观形貌、相组成,以及在模拟SPE电解水环境下耐蚀性、稳定性和导电性的影响。结果表明,涂层表面呈现颗粒状形貌,涂层内主要是TiN、Ti2N和α-Ti三相。氮化样品的耐蚀性得到明显提高,其中900℃氮化的样品在SPE电解水阳极高电位作用下的耐蚀性与基体相当。氮化后样品的界面接触电阻降低至3.5~4.2 mΩ/cm^2,在一定程度上会降低电解槽的欧姆损耗。在1.6~1.8 V电位范围内10 h的恒电位测试结果验证了氮化物涂层在高电位下的稳定性。

电泳沉积制备质子交换膜水电解用钛双极板氮化钛涂层

在氮化钛(TiN)悬浮液中加入阳离子聚合物聚乙烯亚胺(PEI),通过阴极电泳将TiN沉积在钛基体上,作为质子交换膜(PEM)水电解双极板(BP)。在1.7 V的高电位PEM电解水体系中研究了不同条件下所制涂层的耐蚀性和导电性。结果表明,当TiN与PEI的质量比为1∶0.14时,在5 V电压下沉积90~300 s可获得无裂纹的均匀涂层。它在0.5 mol/L H(2)SO_(4)+2 mg/L F-的溶液中有一定的耐蚀性,在143.6 N/cm^(2)压力下的接触电阻达到了2.10 mΩ·cm^(2)。

钛双极板表面原位生成TiN涂层的性能研究

目的降低钛合金表面的接触电阻,提高其抗腐蚀性能。方法 TA2纯钛表面进行活化后,原位反应生成TiN涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表面形貌和成分,使用直流表面电阻和界面接触电阻(ICR)来评价涂层的导电性,在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中测试其抗腐蚀性能。结果经过TiN处理后的TA2纯钛双极板表面致密,其生长方式为沿(111)晶面择优生长。在750℃反应2 h获得的试样的直流表面电阻和ICR电阻最低,抗腐蚀性能最佳。压力为120N/cm^2时,电阻率稳定在6.7 m?/cm^2。在模拟PEMFC环境中的表面腐蚀电流为0.816μA/cm^2,经过恒电位扫描后的SEM显示,其表面完整,H2气氛中涂层界面完整,空气气氛中出现较多点蚀。结论在TA2纯钛表面原位反应生成TiN涂层有助于提高基体表面的抗腐蚀性和导电性。

燃料电池用钛双极板表面Cr/TiN/Ti复合涂层的导电性及耐蚀性能

应用空心阴极离子镀工艺在质子交换膜燃料电池用钛双极板试样表面上沉积了总厚度约3μm的Cr/TiN/Ti纳米晶复合镀膜.测定了纳米晶复合镀膜钛板和裸钛板的接触电阻,采用极化曲线评价其在分别通入O_2和H_2的60℃,0.05 mol/L H_2SO_4+2mg/L NaF溶液中的耐蚀性能.结果表明,镀膜钛板的接触电阻明显低于裸钛板,在1000 N/cm^2的压力下镀膜试样的接触电阻值约为12 mΩ.cm^2;在通入H_2的情况下,Cr/TiN/Ti纳米晶复合镀膜钛板的维钝电流密度与裸钛板相比降低了一个数量级,耐腐蚀性能得到明显改善.

钛双极板无定型碳涂层在PEMFC不同氟离子环境中的性能

采用直流平衡磁控溅射在TA2基材表面制备了无定型碳涂层,并采用电化学和表面接触电阻测试分析了TA2基材和无定型碳涂层在质子交换膜燃料电池(PEMFC)不同F-浓度环境中的耐腐蚀性和导电性。无定型碳涂层的耐腐蚀性和导电性均优于TA2基材,随着F-浓度由1×10^(-6)mol/L逐渐增加到1×10^(-3)mol/L,TA2基材和无定型涂层的缺陷密度增加,试样耐腐蚀性均有所下降。在高F-浓度环境中(1×10^(-3)mol/L),无定型碳涂层在0.6 V电位下的腐蚀电流密度为0.68μA/cm^(2),依然能够对基材形成良好的保护。此外,TA2基材表面制备无定型碳涂层后,试样的表面导电性有所提升,其界面接触电阻值由76.40 mΩ·cm^(2)(TA2)下降至6.52 mΩ·cm^(2)。

纯钛燃料电池双极板软模成形工艺研究

目的研究软模成形过程中塑性应变比r值对双极板成形深度及壁厚的影响,探究不同工艺参数对双极板尺寸的影响规律。方法通过单向拉伸实验得到纯钛极薄带的力学性能参数,然后采用橡胶软模成形方法制备纯钛燃料电池双极板,利用光学显微镜对制备的双极板尺寸及壁厚进行测量并深入分析。结果TD取向的r值最大为2.56,沿该方向成形时,纯钛极薄带在载荷为300 kN、软模硬度为77HA条件下得到的双极板深度最大,为0.293 mm;同时,其壁厚减薄较小,在减薄最严重的位置壁厚减薄率仅为13.52%。结论较大的载荷与适宜的软模硬度能得到较好的双极板深度,对双极板周期无影响;双极板深度、壁厚与r值有关,r值越大,纯钛极薄带抵抗壁厚减薄的能力越强,成形深度越大。

质子交换膜燃料电池钛基双极板多弧离子镀TiN膜的腐蚀行为

为了增强钛金属双极板的耐腐蚀性能,通过多弧离子镀膜技术在钛基双极板表面镀一层TiN,对薄膜的表面形貌,晶体结构与耐腐蚀性能之间的关系进行研究。结果表明:镀有TiN膜样品的耐腐蚀性能比未镀膜样品的有明显提高,其腐蚀电流密度最低可达201μA/cm2。测试其动电位极化曲线和恒电位极化曲线发现,样品的耐腐蚀性能与薄膜的晶体结构以及表面颗粒和孔洞有密切的关系。适当的晶体择优取向有利于提高样品的耐腐蚀性能,而表面的颗粒和孔洞对样品的长期耐腐蚀性有很大影响。通过能谱分析发现,腐蚀后的样品表面发生了氧化。

钛基双极板等离子体渗氮表面改性工艺的研究

运用等离子体渗氮工艺对钛合金双极板进行表面改性处理,通过对渗氮前的抛光处理及渗氮的后处理工艺,X射线衍射(XRD)测试显示样品表面生成了TiN相。进一步的接触电阻及极化曲线测试表明,通过渗氮前抛光及渗氮后处理,样品的导电性能有所降低,但耐腐蚀性能得到了很大地提高。

双极性铅酸蓄电池发展概述

分别从技术、性能、成本等方面与传统阀控式铅酸蓄电池进行对比分析,介绍了一种新型结构的双极性铅酸蓄电池,并对当前这种新型结构的双极性铅酸蓄电池的发展、研究及生产应用现状进行概述。

TA2钛板掺杂钒离子渗碳层的耐腐蚀性能

为提高钛基双极板的耐腐蚀性能和导电性,在TA2纯钛的表面进行双辉离子渗碳,另外为降低渗碳温度,在渗碳过程中掺杂钒。使用扫描电镜和能谱分析、X射线衍射对改性层的组织结构、化学成分、物相组成进行研究,并测得改性层的界面接触电阻率、耐腐蚀性能。结果表明,在优化的制备工艺参数下,在TA2表面生成结构致密的TiC改性层、钒掺杂渗碳改性层。当压实力为140 N/cm^(2)时,730℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850℃下制备的TiC改性层、TA2基体的界面接触电阻率分别是1.17、3.66、14.71 mΩ/cm^(2)。在模拟双极板的工作环境中,测得730℃下制备的钒掺杂渗碳改性层、850℃下制备的TiC改性层的自腐蚀电流密度分别是5.238、7.563μA/cm^(2),均比TA2基体的腐蚀电流密度低1个数量级。在离子渗碳的过程中掺杂钒可以有效降低渗碳的工艺温度,并且提高TA2基体的导电性和耐腐蚀性能。

GO-PTFE-C涂层改性Ti金属板的防腐性能研究

目的提高钛金属板的抗腐蚀性能。方法采用水热浸渍两道工序在Ti双极板上制备GO-PTFE-C复合改性涂层。使用0.1 mol/L葡萄糖溶液作为碳源,在170℃+10 h条件下,于反应釜中完成碳涂层制备。对获得的涂层进行热处理,浸渍5%(质量分数)的聚四氟乙烯(PTFE)溶液和不同浓度氧化石墨烯(GO)的混合悬浮液后,在350℃热处理得到涂层。采用傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表面形貌和成分,选取三电极体系并利用电化学工作站(CHI 660e)表征改性前后双极板电化学性能,在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中测试其抗腐蚀性能。结果与单一的碳涂层相比,GO-PTFE表面具有更多的C=O官能团,同时由于聚四氟乙烯表面的F与含氧官能团的氧原子电子云的诱导效应,涂层附着力明显提高。其中,采用5%PTFE+3 g/L GO浸渍的涂层的腐蚀电流密度和接触角分别为0.008μA/cm^2和103.6°,恒电位极化测试(0.6 V和-0.1 V)显示,涂层的腐蚀电流密度均低于1μA/cm^2。结论以碳涂层为基体,浸渍GO和PTFE的混合液后,制备所得的钛基双极板在PEMFC的双极板中显示出巨大的应用前景。