不锈钢双极板表面高熵合金/氮共沉积涂层及其表面改性
发布时间：2021-10-08 00:12
双极板是质子交换膜燃料电池（PEMFC）核心部件之一。传统石墨质双极板因其成本高、易碎、体积大和透气性高等特点制约了其应用。金属材料由于易加工、高强度与良好的导电性以及低成本等特性为双极板的制备和应用提供了新的途径。然而,金属在PEMFC运行环境下的耐蚀性及接触电阻仍不够理想,从而降低了燃料电池在运行过程中输出的电性能。研究表明,在金属双极板表面用过渡金属氮化物进行表面改性是提高金属基体材料耐蚀性和导电性的有效途径之一。基于高熵合金及其氮化物具有优良的耐蚀性能和导电性能,本文采用磁控溅射技术在304不锈钢上制备高熵合金氮化物薄膜进行表面改性,通过在模拟PEMFC环境中的电化学性能测试和界面接触电阻分析,系统探究了溅射工艺（衬底温度和氮流量比RN）对高熵合金氮化物成膜及其对304不锈钢表面改性后的性能影响。研究得到以下结果:1.利用扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）对沉积薄膜的形貌、成分和组织结构进行表征。结果表明,衬底温度对高熵合金FeCrCoNiMnNx薄膜的表面形貌和组织结构有显著影响,随衬底温度升高,薄膜的颗粒/晶粒尺寸增大;薄膜结构由FCC+BCC向F...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC的单体电池的结构和工作原理示意图
图 1.2 双极板的种类图 1.3 涂层分类图 质子交换膜燃料电池双极板国内外发展现状石墨双极板具有许多的优点，诸如导电性好、耐蚀性强，但是作为双极板也不足之处，其机械强度不高、密度小、易碎，使得燃料电池体积大，占用空方便；在燃料电池运行环境下极易破坏，而且石墨板透气率大，导致燃料电。在石墨双极板上加工复杂的流场也非常困难，导致加工成本高。复合双极板主要采用碳粉与导电树酯粘结而成，加工虽然降低了成本，但是阻率的聚合物，会增大接触电阻，导致导电性能下降。C Shanmugham 等[11合物作为 316L 不锈钢双极板的耐蚀性涂层，研究发现其提高了耐腐蚀性能率和耐久性能不能达到预期目标。金属因其自身的导电性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的双极板，研究者的关注。相比石墨板而言，金属材料具有更好的导电及热传导性能，高燃料电池的输出功率，改善电池热量管理。金属材料具有良好的机械加工
图 1.2 双极板的种类图 1.3 涂层分类图 质子交换膜燃料电池双极板国内外发展现状石墨双极板具有许多的优点，诸如导电性好、耐蚀性强，但是作为双极板也不足之处，其机械强度不高、密度小、易碎，使得燃料电池体积大，占用空方便；在燃料电池运行环境下极易破坏，而且石墨板透气率大，导致燃料电。在石墨双极板上加工复杂的流场也非常困难，导致加工成本高。复合双极板主要采用碳粉与导电树酯粘结而成，加工虽然降低了成本，但是阻率的聚合物，会增大接触电阻，导致导电性能下降。C Shanmugham 等[11合物作为 316L 不锈钢双极板的耐蚀性涂层，研究发现其提高了耐腐蚀性能率和耐久性能不能达到预期目标。金属因其自身的导电性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的双极板，研究者的关注。相比石墨板而言，金属材料具有更好的导电及热传导性能，高燃料电池的输出功率，改善电池热量管理。金属材料具有良好的机械加工
【参考文献】：
期刊论文
[1]CrN和CrNiN涂层在模拟质子交换膜燃料电池环境中的电化学性能及疏水性能[J]. 金杰,韩岁伍,安腾,马君杰,张伟. 材料工程. 2016(10)
[2]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)
[3]燃料电池不锈钢双极板CrN/CrC薄膜表面改性研究[J]. 吴博,付宇,侯中军,衣宝廉,林国强. 电源技术. 2015(06)
[4]质子交换膜燃料电池双极板用不锈钢的聚苯胺涂层改性[J]. 江自然,肖海波,阳东方,刘宇尘,姚锐,郑峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(02)
[5]Electrochemical behavior of 304 stainless steel with electrodeposited niobium as PEMFC bipolar plates[J]. Cheng-hao Liang, Cai-hong Cao, and Nai-bao Huang Transportation Equipments and Ocean Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(04)
[6]磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能[J]. 谭俊,邢汝鑫,钱耀川. 中国表面工程. 2010(06)
[7]不锈钢用作质子交换膜燃料电池双极板的化学改性方法[J]. 潘欢欢,徐洪峰,孙昕,张伟. 机械工程学报. 2009(02)
[8]PEMFC金属双极板表面改性技术[J]. 谭俊,石恭臣,毛爱清,陈林. 装甲兵工程学院学报. 2007(03)
硕士论文
[1]不锈钢双极板表面纳米Cr及CrN涂层的制备与性能研究[D]. 文雯.长沙理工大学 2015
本文编号：3423053
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PEMFC的单体电池的结构和工作原理示意图
图 1.2 双极板的种类图 1.3 涂层分类图 质子交换膜燃料电池双极板国内外发展现状石墨双极板具有许多的优点，诸如导电性好、耐蚀性强，但是作为双极板也不足之处，其机械强度不高、密度小、易碎，使得燃料电池体积大，占用空方便；在燃料电池运行环境下极易破坏，而且石墨板透气率大，导致燃料电。在石墨双极板上加工复杂的流场也非常困难，导致加工成本高。复合双极板主要采用碳粉与导电树酯粘结而成，加工虽然降低了成本，但是阻率的聚合物，会增大接触电阻，导致导电性能下降。C Shanmugham 等[11合物作为 316L 不锈钢双极板的耐蚀性涂层，研究发现其提高了耐腐蚀性能率和耐久性能不能达到预期目标。金属因其自身的导电性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的双极板，研究者的关注。相比石墨板而言，金属材料具有更好的导电及热传导性能，高燃料电池的输出功率，改善电池热量管理。金属材料具有良好的机械加工
图 1.2 双极板的种类图 1.3 涂层分类图 质子交换膜燃料电池双极板国内外发展现状石墨双极板具有许多的优点，诸如导电性好、耐蚀性强，但是作为双极板也不足之处，其机械强度不高、密度小、易碎，使得燃料电池体积大，占用空方便；在燃料电池运行环境下极易破坏，而且石墨板透气率大，导致燃料电。在石墨双极板上加工复杂的流场也非常困难，导致加工成本高。复合双极板主要采用碳粉与导电树酯粘结而成，加工虽然降低了成本，但是阻率的聚合物，会增大接触电阻，导致导电性能下降。C Shanmugham 等[11合物作为 316L 不锈钢双极板的耐蚀性涂层，研究发现其提高了耐腐蚀性能率和耐久性能不能达到预期目标。金属因其自身的导电性良好、成本低、加工容易且可加工成很薄的双极板，研究者的关注。相比石墨板而言，金属材料具有更好的导电及热传导性能，高燃料电池的输出功率，改善电池热量管理。金属材料具有良好的机械加工
【参考文献】：
期刊论文
[1]CrN和CrNiN涂层在模拟质子交换膜燃料电池环境中的电化学性能及疏水性能[J]. 金杰,韩岁伍,安腾,马君杰,张伟. 材料工程. 2016(10)
[2]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)
[3]燃料电池不锈钢双极板CrN/CrC薄膜表面改性研究[J]. 吴博,付宇,侯中军,衣宝廉,林国强. 电源技术. 2015(06)
[4]质子交换膜燃料电池双极板用不锈钢的聚苯胺涂层改性[J]. 江自然,肖海波,阳东方,刘宇尘,姚锐,郑峰. 粉末冶金材料科学与工程. 2014(02)
[5]Electrochemical behavior of 304 stainless steel with electrodeposited niobium as PEMFC bipolar plates[J]. Cheng-hao Liang, Cai-hong Cao, and Nai-bao Huang Transportation Equipments and Ocean Engineering College, Dalian Maritime University, Dalian 116026, China. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2012(04)
[6]磁控溅射CrNx薄膜的接触电阻及其耐腐蚀性能[J]. 谭俊,邢汝鑫,钱耀川. 中国表面工程. 2010(06)
[7]不锈钢用作质子交换膜燃料电池双极板的化学改性方法[J]. 潘欢欢,徐洪峰,孙昕,张伟. 机械工程学报. 2009(02)
[8]PEMFC金属双极板表面改性技术[J]. 谭俊,石恭臣,毛爱清,陈林. 装甲兵工程学院学报. 2007(03)
硕士论文
[1]不锈钢双极板表面纳米Cr及CrN涂层的制备与性能研究[D]. 文雯.长沙理工大学 2015
本文编号：3423053
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