第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

363 / 2020-10-27 21:23:45

在316L不锈钢基金属双极板上通过磁控溅射高温沉积Ag纳米晶掺杂TiN薄膜导电耐蚀性能的研究

氢燃料电池，磁控溅射，金属双极板，Ag-TiN薄膜，表面接触电阻，腐蚀电流密度

暂无

氢燃料电池双极板的质子酸性服役环境需要极板具有高耐蚀导电性能。石墨双极板虽然具有良好的耐蚀性与导电性，机械强度差导致其在双面流道设计后厚度大（2mm），有悖燃料电池“缩尺减重”要求。极板金属化使单板厚度可降至0.2mm以下，且金属材料热电传导性良好，易冲压成型，利于制备高体积功率密度及高质量功率密度的电池，实现制备轻薄双极板及量化生产的目标。金属极板表面易钝化而增加表面接触电阻，不耐蚀而影响电池使用寿命等缺点使其必须进行表面镀膜改性处理。耐蚀性与导电性相悖的金属学原理使得实现耐蚀导电性能双优的金属双极板成为难点及瓶颈。磁控溅射可实现在316 L不锈钢基上制备兼具优良的防腐性能和良好的导电性能的薄膜。本课题通过研究不同沉积温度下经热稳定沉积的Ag-TiN纳米复合材料的微观结构，用x射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)表征了薄膜的内部组织结构。在80 ℃的氢燃料电池模拟工作环境（pH=3, 0.1 ppm HF的水溶液）下，通过动电位极化和静电位极化测试研究了薄膜的腐蚀行为。当沉积温度为200-350℃时，TiN-Ag膜的表面接触电阻分别为4.81、4.78、4.52、4.18 mΩ·cm²;腐蚀电流密度(I_corr)分别为0.678、0.526、0.293、0.596μA·cm^-2。TiN-Ag薄膜在350℃下的静水接触角为106.7°，具有较佳的疏水性。综上所述，在316L不锈钢上制备的Ag-TiN薄膜作为氢燃料电池的金属双极板具有广阔的应用前景。