等离子体渗氮钛基金属双极板的制备及其性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要双极板是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，在燃料电池中主要起分隔氧化剂与还原剂，分隔电池堆中的每个电池和收集输送电流的作用。质子交换膜燃料电池双极板的成本与性能对推进燃料电池的产业化进程有很大影响。为了解决传统石墨双极板成本较高、不易加工的缺点，本文采用金属双极板来代替传统石墨双极板，并提出了一种采用等离子体渗氮技术对质子交换膜燃料电池钛基金属双极板表面改性的方法，从理论上分析了此方法的可行性。以此为依据在具体实验中对此方法的工艺、钛基金属双极板表面改性后的微观结构及其耐腐蚀性能和表面接触电阻进行了探索。本文以TAl

2、工业纯钛合金为基体，运用等离子体渗氮技术对钛金属进行表面渗氮处理，对等离子体渗氮工艺进行研究，并通过0．5mol／LH2S04+5ppmHF溶液来模拟质子交换膜燃料电池腐蚀液环境，从耐腐蚀性(动电位极化曲线扫描)及导电性(接触电阻测试)两方面来评价。通过XRD、SEM分析渗氮层的微观结构，并运用接触电阻和极化曲线的方法测试渗氮后样品的表面导电性及耐腐蚀性对等离子体渗氮工艺参数进行优选。结果表明，在优选渗氮温度为900℃、渗氮气压为400Pa、渗氮时间为4h的渗氮工艺参数后，相对于纯钛金属，等离子体渗氮钛在导电性方面明显有所改善，并基本满足PEM

3、FC双极板在电性能方面的要求，但在耐腐蚀性方面还有待进一步提高。关键词：双极板；等离子体渗氮；TiN；极化曲线；接触电阻武汉理工大学硕士学位论文AbstractBipolarplateisaveryimportantcomponentwhichcandistributethefuelandoxygentotheanodeandcathodeandalsoprovidetheelectricalcontactbetweenadjacentcellsinprotonexchangemembranefuelCelI(PEMFC)．Costandper

4、formanceofPEMFCbipolarplateshaveasignificantimpactontheprocessofpromotingtheindustrializationoffudcells．Inthispaper,inordertosolvethetraditionalhilgllcostandnoteasyprocessingofgraphitebipolarplate，metalbipolarplatewasusedtoreplacethegraphitebipolarplateandtheplasmanitridingt

5、echnologyWasappliedtothesurfacemodificationofPEMFCtitaniumbipolarplate．ThefeasibilityofthismethodWasalsoanalyzedtheoretically．Asabasisforthespecificexperiment，researchonprocessofthismethod，micro·structure,corrosionresistanceandcontactresistanceoftitaniummetalbipolarplateafte

6、rsurfacemodificationwerecarriedout．Inthisstudy,surfaceofTAltitaniumbipolarplateWasmodifiedbyplasmanitridingandsomeresearchweredoneintheprocessofplasmanitriding．TheperformanceoftitaniummetalbipolarplateWasmeasuredthroughcorrosionresistance(Potentiodynamicpolarizationcurvetest

7、)andSurfaceconductivity(Contactresistancetost)in0．5mol／LH2S04+SppmHFsolutionsimulatedthePEMFCcondition．Inordertooptimizetheplasmanitridingprocessparameters，micro—structurewereanalyzedbYXRDandSEM．ContactresistanceandpolarizationourvetestsWerealsomeasuredtotestsurfaceconductiv

8、ityandcorrosionresistanceofsamples．Afternitridinginthepreferredtemperatureo