质子交换膜燃料电池钛合金双极板材料成分优化与设计

发布时间：2021-04-29 07:32

　　随着社会经济的发展,能源问题逐渐被各国所重视。由于石油、煤炭等传统的化石资源过度开发和使用,导致了能源的枯竭和环境的恶化。因此,开发无污染、可再生的新型能源已经成为了当下的研究热点。燃料电池是把化学能直接连续转化为电能的高效、环保的发电系统,是继水电、火电和核电之后第四种发电装置。其中,质子交换膜燃料电池有着寿命长、比功率和比能量高、室温下启动速度快等优点,在军事、交通以及便携式能源等领域有着广泛的应用前景,被认为是适应未来能源与环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池核心部件之一,占据了电池组很大一部分的质量和成本,且其具有均匀分配反应气体、传导电流、串联各单电池等功能。为了满足这些功能,理想的双极板应具有高的导热\电率、耐蚀性、低密度、良好的力学性能,以及低成本、易加工等特点。但目前生产的双极板存在耐蚀性和导电性匹配性差、生产成本高和寿命短等问题。如何实现双极板材料的导电性和耐蚀性的合理匹配,即在保证导电性合理的前提下,实现高的耐蚀性,保障整个体系的服役寿命是燃料电池商业化的关键。常见双极板材料,如金属、石墨和复合材料,在质子交换膜燃料电池环境中无法同时兼顾高强、导电、... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 燃料电池
        1.1.1 燃料电池的工作原理
        1.1.2 燃料电池的分类
    1.2 质子交换膜燃料电池的优点
    1.3 质子交换膜燃料电池组成及工作原理
        1.3.1 质子交换膜燃料电池的组成
        1.3.2 质子交换膜燃料电池的工作原理
    1.4 质子交换膜燃料电池双极板
    1.5 双极板的分类及研究进展
        1.5.1 金属双极板材料
        1.5.2 金属双极板基体材料
        1.5.3 金属双极板涂层材料
        1.5.4 石墨双极板材料
        1.5.5 复合双极板材料
    1.6 添加对纯Ti中钝化膜导电机理的影响
    1.7 团簇+连接原子模型
    1.8 论文工作的目的及重要研究内容
2 实验方法与实验设备
    2.1 样品制备与实验方法
    2.2 样品组织与相测试方法
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 显微组织分析
    2.3 双极板性能测试方法
        2.3.1 显微硬度
        2.3.2 润湿性测试
        2.3.3 电化学测试
        2.3.4 接触电阻测试
3 钛合金中添加Nb/Ta元素对合金性能的影响
    3.1 合金设计
    3.2 组织表征
    3.3 相组成
    3.4 硬度
    3.5 水接触角
    3.6 耐蚀性能表征
        3.6.1 开路电位
        3.6.2 循环伏安曲线
        3.6.3 极化曲线
        3.6.4 阻抗谱
    3.7 接触电阻
    3.8 本章小结
4 钛合金中同时添加Nb+Ta元素对合金性能的影响
    4.1 材料设计
    4.2 组织表征
    4.3 相组成
    4.4 硬度
    4.5 水接触角
    4.6 耐蚀性能表征
        4.6.1 开路电位
        4.6.2 循环伏安曲线
        4.6.3 极化曲线
        4.6.4 阻抗谱
    4.7 接触电阻
    4.8 小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶透明导电氧化物薄膜研究进展[J]. 张晓锋,颜悦,陈牧,刘宏燕,郝常山,张官理.  航空材料学报. 2018(01)
[2]模拟PEMFC环境下纳米晶ZrC涂层钛合金双极板的性能研究[J]. 钱阳,徐江.  稀有金属材料与工程. 2017(04)
[3]Conductive and corrosion behaviors of silver-doped carbon-coated stainless steel as PEMFC bipolar plates[J]. Ming Liu,Hong-feng Xu,Jie Fu,Ying Tian.  International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2016(07)
[4]铜镍工业合金牌号的成分式分析（英文）[J]. 洪海莲,王清,董闯.  Science China Materials. 2015(05)
[5]钛合金双极板表面纳米晶Zr涂层在质子交换膜燃料电池环境中的性能[J]. 钱阳,徐江.  物理化学学报. 2015(02)
[6]基于团簇模型的高强度马氏体沉淀硬化不锈钢成分设计[J]. 王清,查钱锋,刘恩雪,董闯,王学军,谭朝鑫,冀春俊.  金属学报. 2012(10)
[7]以最大原子密度定义合金相中的第一近邻团簇[J]. 陈季香,羌建兵,王清,董闯.  物理学报. 2012(04)
[8]低弹bcc结构Ti-Mo-Nb-Zr固溶体合金的“团簇+连接原子”模型及其成分设计[J]. 马仁涛,郝传璞,王清,任明法,王英敏,董闯.  金属学报. 2010(09)
[9]质子交换膜燃料电池金属双极板的腐蚀与表面防护研究进展[J]. 任延杰,张春荣,刘光明,曾潮流.  腐蚀科学与防护技术. 2009(04)
[10]碳纤维增强酚醛树脂/石墨双极板复合材料性能及其界面结合[J]. 阴强,李爱菊,邵磊,孙康宁.  现代化工. 2007(01)

博士论文
[1]质子交换膜燃料电池不锈钢双极板电弧离子镀膜改性研究[D]. 吴博.大连理工大学 2011

硕士论文
[1]新型石墨基复合材料双极板的制备[D]. 张世渊.华东理工大学 2011



本文编号：3167119