直接甲酸燃料电池316L不锈钢双极板性能研究

摘要

直接甲酸燃料电池作为新兴的高效清洁能源技术，由于其燃料甲酸具有无毒、不易燃、电化学氧化性能好、Nation膜渗透率低等优点，正受到越来越多的关注。目前对于直接甲酸燃料电池的研究主要集中在阳极催化剂的制备和载体的选择，然而，甲酸的强腐蚀性对双极板性能的影响却鲜有报道。本文探索了316L不锈钢作为直接甲酸燃料电池双极板的电化学性能及恒电位极化前后的接触电阻，同时对316L不锈钢进行表面改性，以提高其在直接甲酸燃料电池工作环境中的电化学性能。主要工作和结果如下:
　　1.在50℃,0.05 mol/L H2SO4+2 ppm HF+x mol/L HCOOH(x=2,5,10,15 mol/L)的模拟DFAFC阳极环境和50℃，0.05 mol/L H2SO4+2 ppm HF通入空气模拟DFAFC阴极环境中，对316L不锈钢进行电化学测试，并测量恒电位极化前后的接触电阻，316L不锈钢的接触电阻值达到550.2 mΩ·cm2。
　　2.采用等离子表面合金化技术在316L不锈钢表面制备出了铌和铌氮化物的合金化渗扩改性层。得到的改性层均匀致密，没有微孔、裂纹等缺陷，实现了与基体良好的冶金结合。在模拟DFAFC环境中，上述改性层均提高了316L不锈钢的耐腐蚀性，降低了腐蚀电流密度和接触电阻，表现出较好的稳定性。其中铌改性层和铌氮化物改性层使得316L不锈钢基体的接触电阻分别下降到25.9 mΩ·cm2和7.2 mΩ·cm2。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 燃料电池的特点

1．1．2 燃料电池的分类

1．2 直接甲酸燃料电池

1．2．1 直接甲酸燃料电池的发展概述

1．2．2 直接甲酸燃料电池的基本结构和工作原理

1．2．3 直接甲酸燃料电池的研究方向

1．3 直接甲酸燃料电池双极板

1．3．1 双极板的功能及要求

1．3．2 双极板材料的选择

1．3．3 不锈钢双极板的研究进展

1．4 本论文的立题思想与主要研究内容

第2章 实验内容及方法

2．1 实验仪器及材料

2．2 实验材料的制备

2．2．1 试样基板的制备

2．2．2 DFAFC模拟腐蚀环境的选择

2．2．3 等离子表面合金化渗扩改性层的制备

2．3 双极板性能的研究方法

2．3．1 电化学性能测试

2．3．2 表面接触电阻测试

2．4 分析技术

2．4．1 X射线衍射分析

2．4．2 形貌分析及元素能谱分析

第3章 316L不锈钢在模拟DFAFC环境中的腐蚀行为研究

3．1 316L不锈钢在模拟动态DFAFC阳极环境中的电化学规律

3．1．1 动电位极化曲线

3．1．2 恒电位时间电流密度曲线

3．2 316L不锈钢在模拟DFAFC阴极环境中的电化学规律

3．2．1 动电位极化曲线

3．2．2 恒电位时间电流密度曲线

3．3 316L不锈钢在模拟DFAFC环境中的表面导电性

3．4 本章小结

第4章 表面渗铌316L不锈钢在模拟DFAFC环境中的性能

4．1 316L不锈钢表面铌改性层的分析

4．1．1 铌改性层XRD分析

4．1．2 铌改性层的表面形貌

4．1．3 铌改性层的截面形貌及能谱分析

4．2 Nb-316L不锈钢耐腐蚀性研究

4．2．1 动电位极化曲线

4．2．2 恒电位时间电流密度曲线

4．3 Nb-316L不锈钢表面导电性研究

4．4 本章小结

第5章 表面渗铌氮化物316L不锈钢在模拟DFAFC环境中的性能

5．1 316L不锈钢表面铌氮改性层的分析

5．1．1 铌氮改性层XRD分析

5．1．2 铌氮改性层的表面形貌及能谱分析

5．1．3 铌氮改性层的截面形貌及能谱分析

5．2 Nb-N 316L不锈钢耐腐蚀性研究

5．2．1 动电位极化曲线

5．2．2 恒电位时间电流密度曲线

5．3 Nb-N 316L不锈钢表面导电性研究

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢