氫燃料電池的工作環(huán)境呈酸性,因此作為支撐骨架的雙極板需要有良好的耐腐蝕性能,既要防止雙極板在富氧條件下,發(fā)生鈍化導(dǎo)致接觸電阻增加,又要防止服役環(huán)境中金屬的腐蝕。
通常為解決電池部件的腐蝕問(wèn)題,會(huì)金屬雙極板表面涂覆耐腐蝕涂鍍層,類型有:金屬及合金鍍層、金屬化合物涂層、金屬碳化物涂層、金屬氮化物涂層、非金屬涂層等,有些涂層在提升其表面防腐蝕性能的同時(shí),可以保障表面的導(dǎo)電性以及其他性能。
涂層鍍類型 | 基體材料 | 涂鍍層 | 制備方法 |
金屬氮化物 | 316L不銹鋼 | CrMoN-4A | 封閉場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍 |
316L 不銹鋼 | CrNx-4A | 等離子體增強(qiáng)平衡磁控濺射 | |
Ti-6Al-4V | TiN | 液相等離子體電解氮化 | |
金屬碳化物 | TAl鈦合金 | TiC | 雙輝光等離子體表面改性 |
304 不銹鋼 | CrC-10A | 電鍍 | |
304 不銹鋼 | Ti3SiC2-1 000℃ | 磁控濺射 | |
金屬氧化物 | 304 不銹鋼 | SnO2 | 化學(xué)鍍 |
316L不銹鋼 | TiNO/TiO2 | 封閉場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍 | |
金屬及合金鍍層 | 鋁合金 | NiCrBSi | 超音速火焰噴涂 |
鋁合金 | Ni-Co-P | 電鍍 | |
不銹鋼 | Ni-W-P | 電鍍 | |
鈦合金 | Ni-Cu-P | 電鍍 | |
非金屬鍍層 | 316L 不銹鋼 | 聚間苯二胺 | 電化學(xué)聚合 |
316L 不銹鋼 | 聚間苯二胺 | 電化學(xué)聚合 | |
316L 不銹鋼 | 聚苯胺 | 電化學(xué)沉積 | |
復(fù)合涂鍍層 | 鈦合金 | Ni-P/TiN | 化學(xué)鍍+磁控濺射 |
316L 不銹鋼 | Au/TiN | 磁控濺射 | |
316L 不銹鋼 | Ni-Cu/TiN | 電鍍+磁控濺射 | |
316L 不銹鋼 | W摻雜碳涂層 | 封閉場(chǎng)非平衡磁控濺射離子鍍 |
不銹鋼或Ti合金電池雙極板表面通常電鍍Ni-W-P或Ni-Cu-P合金層,也可電鍍一層致密Ni-Cu層,其熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性以及耐蝕性均優(yōu)于TiN鍍層。當(dāng)采用電鍍工藝時(shí),需要進(jìn)行鍍前的預(yù)處理或沖擊鍍處理,以獲得與不銹鋼、鈦合金基體結(jié)合牢固的防腐蝕鍍層。
316L不銹鋼雙極板表面可以通過(guò)磁控濺射制備TiN、CrN、TiCrN鍍層,以提高其耐蝕性,同時(shí)保持低的表面接觸電阻和良好的導(dǎo)電性。
在金屬雙極板陽(yáng)極側(cè)表面進(jìn)行電鍍暗鎳或化學(xué)鍍鎳磷合金層也是一種好方法,需要選擇低應(yīng)力的電鍍鎳工藝和高磷含量的化學(xué)鍍鎳工藝,所得鍍鎳層結(jié)合力、耐蝕性及導(dǎo)電性都較好。
還可以通過(guò)調(diào)整鍍鎳工藝參數(shù),使鍍鎳層表面產(chǎn)生一定的疏水性,這樣,電池工作時(shí)就不易被電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕,從而避免電池內(nèi)電解質(zhì)溶液的流失。
對(duì)金屬雙極板進(jìn)行柔性“濕密封”設(shè)計(jì),可能會(huì)發(fā)生碳酸鹽對(duì)不銹鋼雙極板的碳腐蝕,因此,對(duì)這種不銹鋼雙極板的邊框進(jìn)行“滲鋁”保護(hù)處理是非常必要的。
針對(duì)鈦合金金屬雙極板,可用等離子體滲氮等技術(shù)進(jìn)行表面改性以提高其耐蝕性。并且在滲氮前及滲氮后進(jìn)行必要的拋光處理,目的就是通過(guò)表面的平整光亮來(lái)提高滲氮層的耐蝕性。
來(lái)源:《腐蝕與防護(hù)》2023年7期,《氫燃料電池汽車零部件及其防腐蝕技術(shù)》,節(jié)選,作者:高榮龍1,向可友1,曹瑞2,劉慧叢3,朱立群3,如有侵權(quán),請(qǐng)聯(lián)系刪除
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