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《大连海事大学》 2007年
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表面改性铁基合金的电化学性能研究

王剑莉  
【摘要】: 质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)是一种清洁的能源转换装置,它可以将燃料(氢气)和氧化剂(氧气或空气)的化学能直接转换成电能。由于其低的操作温度,高的电流密度,能够快速启动等优点,可用于汽车中作为动力。双极板是PEMFC中的重要的多功能组件,对电池堆的体积、重量以及成本有很大的影响。传统的石墨双极板由于其居高不下的成本,正逐渐被价格低廉、可靠性高的金属双极板所替代。不锈钢材料是目前国际上普遍应用的替代石墨双极板的金属材料。但不足的耐蚀性能和表面高电阻的钝化膜都会影响其作为PEMFC双极板的应用。本文研究了304不锈钢及其经过不同表面改性工艺后作为双极板材料的可行性。 本文对304不锈钢进行了镀铬处理,研究了镀铬后的304不锈钢在模拟PEMFC环境中的电化学行为及表面接触电阻。结果表明,镀铬层与不锈钢基体结合良好,镀铬的304不锈钢在模拟PEMFC阴极和阳极环境中都具有比基体更低的钝化电流密度;在模拟电池环境中生成的表面钝化膜的接触电阻偏高。 为了降低钝化膜接触电阻,在镀铬基础上采用不同的氮化温度对不锈钢进行了等离子氮化处理,表面生成了主要成分为氮化铬的表面改性层。随着氮化温度的升高,改性层中的CrN含量逐渐增加。电化学测试结果表明,等离子氮化处理后的样品的耐腐蚀性能均优于基体和镀铬不锈钢,耐腐蚀性能得到了提高;XPS分析结果表明,镀铬离子氮化复合工艺改性的不锈钢在模拟PEMFC环境中生成的钝化膜的主要成分中有一定量的氮化铬存在,提高了表面钝化膜的导电性能。在对应于PEMFC阴极和阳极电位极化后,表面钝化膜的接触电阻略有增加。 为了增加不锈钢表面铬含量,提出真空扩散增Cr的工艺方法,在不锈钢表面生成了一层高Cr、低Fe并含有少量Ni的合金层。该合金层在70℃的通入H_2/空气(O_2)的0.05mol/L H2SO_4+2mg/L F~-溶液中的钝化电流密度低于10μAcm~(-2);在压力为150Ncm~(-2)时,与碳纸的接触电阻低于55mΩcm~2。 同时,利用低温等离子氮化方法在不锈钢表面生成γN相层,这种具有面心立方结构的氮过饱和固溶体在模拟PEMFC环境中具有不低于基体的耐均匀腐蚀性能和相对较低的表面导电性。 本文利用XRD,SEM,EDX,AFM和XPS等测试技术对不同改性方法得到的表面层进行了分析,得出了表面层成分和形貌等信息。从XPS分析结果能够得到钝化膜的基本数据,从而深入的分析了不同的表面改性方法表面导电性差异的原因。
【学位授予单位】:大连海事大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM911.4

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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8 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王红涛;PEMFC不锈钢镀银双极板性能研究[D];大连海事大学;2010年
【二级参考文献】
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