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雄韬股份三瑞蓄电池6FM100 12V100AH
作者:三瑞蓄电池官网    发布于:2022-07-04 16:59:54    文字:【】【】【
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金属双极板及其涂层研究进展

“制备高导电、高耐腐蚀涂层,这是金属板镀层最基本的要求。另外寻找合适的硬度,可以提高整个电堆的稳定性;镀层做得越薄,可以降低体电阻;低成本、批量化制备则可以推进金属板商用进程。”雄韬股份中央研究院杨骄博士在2022(第四届)高工氢电产业峰会(华南站)活动上表示。
随着市场对大功率金属堆需求的增加,金属板的市场应用在快速扩大。从技术角度来看,金属板在抗弯、抗压强度、导电性、批量生产等方面有着显著的优点,但也有一些缺点需要去克服,最典型的是腐蚀性能比较差,仍然需要寻找更合适的镀层方案提高耐腐蚀性。

燃料电池双极板功能特点
双极板的功能是提供气体流道,防止电池气室中的氢气与氧气串通,并在串联的阴阳两极之间建立电流通路。双极板是燃料电池重要部件之一,其重量约占PEMFC电堆的80%,成本约占24%。
燃料电池双极板是电堆中的“骨架”,与膜电极层叠装配成电堆,在燃料电池中起到单电池链接、输送燃料、电流收集和传导、支撑电堆和MEA、排除反应产生的热量、排出反应产生的水等重要作用。
在保持一定机械强度和良好阻力作用的前提下,双极板厚度应尽可能地薄,以减少对电流和热的传导阻力。

燃料电池双极板分类
目前市场上氢燃料电池的双极板材料有石墨、金属和复合材料三类。相较于石墨板和复合板一般用于中、低功率电堆,金属板则因其在超薄状态下的成形性能优于其他材料,在高功率电堆中越来越得到重用。
具体来看,金属板的制备包括极板构型设计、精密模具设计与加工、超薄板精密成型、长寿命复合纳米涂层、一体化密封技术等,其中金属板的基材及镀层的选择值得关注。

金属双极板镀层研究进展
金属双极板镀层研究进展金属双极板表面镀层材料主要有:导电聚合物复合材料、贵金属表面修饰材料、氮掺杂或碳基合金材料。一般金属双极板基材包括:不锈钢、钛、镍、铝。从化学稳定性、成本、可加工性、机械强度、耐蚀性、热导率、电导率等维度对比这些基材,可以看到不锈钢基材有优异的导电导热性能,以及很高的力学性能。同时制造及加工成本也比较低,这也是大部分厂商选择不锈钢基材的一个原因。
但不锈钢基材也有一些缺陷需要克服,比如在酸性条件下耐蚀性较差,离子析出损伤PEM性能,表面氧化膜会导致接触电阻(ICR)较大。
耐腐蚀性是金属板非常重要的一个性能。腐蚀是怎么产生的?主要来源于应力腐蚀,以及化学腐蚀与电化学腐蚀。应力腐蚀是指在冲压生产过程中,导致的应力集中,从而产生位错、空位、晶界等;化学腐蚀与电化学腐蚀主要有缝隙腐蚀与点腐蚀,主要发生场所是表面的颗粒、附着物、夹杂物及金属间化合物。所以需要镀层去改善整个基材的性能。
镀层有金属镀层、碳膜镀层、氮化物膜、碳化物膜。其中碳膜镀层:交替基底偏压沉积法:以15个交替周期沉积的涂层在 0.6 V 电势下,涂层厚度为242 nm,腐蚀电流密度为 0.297 μA/cm²,ICR 值为 3.58 mΩ·cm²;多层碳基涂层改性双极板,可有效减少涂层缺陷而提高极板的耐腐蚀性能。
镀层影响因素可以主要分为工作环境、工作条件两大类。在电堆运行的过程中,温度、PH值、氢气浓度及压力等改变都会影响它的性能;包括电势、启/停工况、瞬态电势等也会对它有一定的影响。所以需要去优化镀层结构,以提高整个电堆的性能。 
演讲的最后,杨骄博士指出:制备高导电、高耐腐蚀涂层,这是金属板镀层最基本的要求。另外寻找合适的硬度,可以提高整个电堆的稳定性;镀层做得越薄,可以降低电阻;低成本、批量化制备则可以推进金属板的商用进程。

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