【摘 要】
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近年来,随着传统能源如煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭,世界各国都在关注新能源的开发与利用。PEMFC是一种可以将其化学能转化为电能的新型装置,它的工作效率高,工作环境温度低,室温启动快,运行噪声低。该燃料电池在运输、移动电力等方面具有广泛的发展前景。在PEMFC中双极板是一种非常关键的组件,双极板的性能对PEMFC的功率输出和使用寿命影响很大。为了提高PEMFC的输出效率,开发轻量化、耐蚀性、导
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近年来,随着传统能源如煤、石油等不可再生能源的逐渐枯竭,世界各国都在关注新能源的开发与利用。PEMFC是一种可以将其化学能转化为电能的新型装置,它的工作效率高,工作环境温度低,室温启动快,运行噪声低。该燃料电池在运输、移动电力等方面具有广泛的发展前景。在PEMFC中双极板是一种非常关键的组件,双极板的性能对PEMFC的功率输出和使用寿命影响很大。为了提高PEMFC的输出效率,开发轻量化、耐蚀性、导电性较好的双极板成为主要的研究问题。针对上述问题,本文采用碳酸钠固体粉末包埋技术和碳酸钡固体粉末包埋技术对Ti6Al4V（TC4）双极板进行渗碳处理,使其双极板表面生成TiC改性层。通过实验数据,对TiC改性层的物相和组织结构进行了研究,并对其进行了耐腐蚀性能和表面导电性能的测试。本文主要研究工作如下:通过碳酸钠固体粉末包埋技术,在渗碳剂为6%Na2CO3+35%Al2O3+59%C、保温时间2h、保温温度1100℃的情况下生成的TiC改性层与基体结合良好,并且改性层表面均匀且致密度较高。在模拟PEMFC环境中的动电位极化测试表明,自腐蚀电位有所提高,其自腐蚀电流密度分别为6.21×10-7A·cm-2（阳极）和5.94×10-7A·cm-2（阴极）。改性后的双极板与未改性的双极板相比,改性后的双极板腐蚀电流密度降低约一个数量级,在该条件下生成的TiC改性层具有更稳定的恒电位极化曲线。电化学阻抗测试也表明基体表面具有溶液阻挡层,避免了溶液与基体表面的接触。此外该双极板在此条件下具有良好的导电性,在压力为140N·cm-2的情况下,ICR降低至9.51mΩ·cm~2,显著低于未改性双极板ICR的99.02mΩ·cm~2。在渗碳剂为12%BaCO3+0.5%Na2CO3+87.5%C、保温时间2h、保温温度1100℃的条件下通过碳酸钡固体粉末包埋技术生成的TiC改性层与基体结合良好,并且改性层表面连续致密且无裂纹。在动电位极化测试中,该条件下改性层有更突出的耐蚀性能,其自腐蚀电流密度分别为7.53×10-7A·cm-2（阳极）和4.58×10-7A·cm-2（阴极）。改性层具有更稳定的恒电位极化曲线。此外该双极板在此条件下有良好的导电性,在压力为140N·cm-2的情况下,ICR降低至8.20mΩ·cm~2,经过长时间恒电位极化测试后ICR的值有所增加,达到了17.20mΩ·cm~2（阳极）和13.50mΩ·cm~2（阴极）,但是远低于未改性双极板的ICR。改性层的生成有效地提高了TC4双极板的耐腐蚀性能和导电性能。
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