论极板SnO_2膜改性质子交换膜燃料电池用不锈钢双极板站

摘要：双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)中的重要部分,占整个电池重量和成本的绝大部分,双极板的性能直接影响了燃料电池的性能。理想的双极板要具有良好的导电性能和机械加工性能,同时还要有好的耐腐蚀能力。不锈钢双极板由于具有良好的导电性能和机械加工性能,是双极板材料的首选。但不锈钢双极板在燃料电池工作环境中也会发生腐蚀和钝化,腐蚀所产生的金属离子会污染质子交换膜和催化剂,以而使得电池性能和寿命降低；钝化会使双极板产生较大的表面接触电阻,以而导致燃料电池整体性能下降。通过表面沉积薄膜来转变不锈钢的表面性能,是解决不足的有效策略。目前,提升双极板的导电性和耐蚀性是探讨的重点。为提升不锈钢双极板在PEMFC环境中的耐蚀性、降低界面接触电阻,本探讨采取溶胶-凝胶浸渍提拉法和醇热法相结合的策略在304不锈钢薄板表面制备SnO2薄膜对其改性。并以表面改性工艺、膜层成分、微观结构及耐蚀性与导电性等方面进行了深入的探讨。结果表明,SnO2膜层性能主要受浸渍提拉次数、醇热反应温度、醇热反应时间等因素影响。在浸渍提拉2次,180℃醇热反应3h的条件下,所制得SnO2膜改性304不锈钢具有很好的导电性和耐蚀性。为了进一步降低其接触电阻,本探讨又通过Sb掺杂SnO2膜对304不锈钢进行表面改性探讨。结果表明,Sb掺杂SnO2膜改性304不锈钢具有和SnO2膜改性304不锈钢相当的耐蚀性,但具有更小的接触电阻。在模拟PEMFC阴、阳极环境中,改性后的304不锈钢腐蚀电流密度都下降近2个数量级,在PEMFC组装压力下(1.5MPa),Sn02膜改性304不锈钢和掺Sb-SnO2膜改性304不锈钢的接触电阻分别由空白304不锈钢的733mΩ·cm2降低到217mΩ·cm2和34.5mΩ·cm2,当压力进一步增大至3MPa时,Sb-SnO2膜改性304不锈钢的接触电阻可降至14.9mΩ·cm2。本探讨采取溶胶-凝胶浸渍提拉法和醇热法相结合的新策略对PEMFC304不锈钢双极板表面进行了改性。目前取得的结果也验证了该探讨对不锈钢双极板的改性具有可行性,并且具有一定的实际运用作用。在今后,本探讨组会通过进一步探讨,争取为304不锈钢双极板在PEMFC中运用发挥更大的潜力,以达到商业化目的。关键词：质子交换膜燃料电池论文304不锈钢双极板论文浸渍提拉法论文醇热法论文二氧化锡论文

摘要6-8

ABSTRACT8-14

第一章 绪论14-28

引言14-15

1.1 质子交换膜燃料电池15-18

1.1.1 质子交换膜燃料电池原理16-17

1.1.2 质子交换膜燃料电池组件17-18

1.2 双极板18-21

1.2.1 双极板的作用18-19

1.2.2 双极板材料19-21

1.2.2.1 石墨板19-20

1.2.2.2 复合双极板20

1.2.2.3 金属板20-21

1.3 不锈钢双极板21-24

1.3.1 碳基涂层表面改性法21-22

1.3.1.1 导电聚合物涂层法21-22

1.3.1.2 石墨涂层法22

1.3.2 金属基涂层表面改性法22-23

1.3.2.1 金属碳化物或氮化物涂层法22

1.3.2.2 贵金属涂层法22-23

1.3.2.3 金属氧化物涂层法23

1.3.3 疏水涂层表面改性法23-24

1.4 PEMFC工作环境24

1.5 本论文的工作内容及作用24

本章小结24-25

3.4.4 原子力显微镜浅析33-34

2.3.4.5 XPS浅析34-35