質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板鍍鈮改性研究.pdf

1、雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件之一。本論文研究了采用對水和空氣穩(wěn)定的離子液體中對不銹鋼進(jìn)行電沉積鈮，等離子體基離子注入鈮的方法對不銹鋼極性雙極板進(jìn)行改性，研究了膜層組織形貌和在模擬質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)環(huán)境中的電化學(xué)性能和孔蝕動力學(xué)歷程。
　　 首先，采用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽作為電解質(zhì)在304不銹鋼上電沉積鈮，鈮鍍層以孤島的形式均勻分布在不銹鋼表面，其高度在100nm以內(nèi)。鍍鈮后304不銹鋼

2、表面生成化學(xué)惰性良好的NbO、Nb2O5，所形成的一層氧化鈮惰性薄保護(hù)膜覆蓋著基體。在模擬PEMFC的環(huán)境中，鍍鈮304不銹鋼的腐蝕電位提高，電化學(xué)極化性能得到改善，反應(yīng)電阻增大，提高了耐蝕性能。
　　 其次，首次采用氯化膽堿類離子液體氯化膽堿-乙二醇為電解質(zhì)在316不銹鋼上電沉積鈮，獲得平整均勻的顆粒狀鍍層。鈮鍍層以孤島的形式均勻分布在不銹鋼表面，其高度在50nm以內(nèi)。鍍鈮后316表面生成化學(xué)惰性良好的NbO、Nb2O5，改善

3、了316不銹鋼表面膜的鈍化能力。在模擬PEMFC環(huán)境中，鍍鈮后316不銹鋼的維鈍電流密度減小，改善了陽極極化性能;孔蝕電位正移，反應(yīng)電阻增大，提高了耐蝕性能。以對水和空氣穩(wěn)定的氯化膽堿類離子液體為電解質(zhì)進(jìn)行電鍍，鍍液性質(zhì)穩(wěn)定，可重復(fù)利用，綠色環(huán)保。
　　 最后，采用金屬等離子體基離子注入技術(shù)對316不銹鋼進(jìn)行鈮離子注入，發(fā)現(xiàn)注入鈮層以孤島的形式均勻分布在不銹鋼表面，其高度在50nm以內(nèi)。離子注入鈮后316不銹鋼表面形成的化學(xué)惰性

4、良好的NbO2、 Nb2O5膜層及彌散的鈮的氧化物小顆粒析出相的化學(xué)效應(yīng)，使其基體的電化學(xué)性能得到提高。在模擬PEMFC環(huán)境中電化學(xué)測試結(jié)果，離子注入鈮316不銹鋼的腐蝕電位升高，維鈍電流密度減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻增大，電容值降低，注入鈮層成為高電阻、低電容的阻擋層，增強(qiáng)了不銹鋼表面鈍化能力，抑制和減緩了腐蝕反應(yīng)。在85℃的模擬PEMFC陽極和陰極環(huán)境中，離子注入鈮316不銹鋼腐蝕動力學(xué)方程分別為i0=-556.85·t-1/2和i0=11