PEMFC用不锈钢双极板表面改性研究

论文摘要

不锈钢材料是目前国际上公认的可替代石墨双极板的最有潜力的金属材料，但不足的耐腐蚀性能影响了作为PEMFC双极板的应用。对不锈钢进行表面改性是提高耐腐蚀性能的最为有效的方法之一。本文对304不锈钢化学抛光工艺进行研究。由于目前的硝酸型和铬酸盐化学抛光方法都存在严重污染环境，危害人体健康，因此研究了新型环保型的H2O2-C6H8O7化学抛光体系。首先筛选出各个因素的水平范围，之后采用正交试验确定了304不锈钢化学抛光液的组成。最佳抛光工艺条件为：柠檬酸1％，H2O2为10％，Fe（NO3）3为3％，草酸为5％，其余组分为去离子水，温度为20～30℃、抛光时间为180～240 s。该抛光工艺下试样抛光的质量等级为一级。采用正交试验法，优选出一种酸度较低、不含有毒物质(NO2-、CrO42-等)，且适用于中低温度抛光的电解抛光液并确定了工艺条件。304不锈钢电化学抛光液及工艺为：柠檬酸的质量浓度比为55～60％，硫酸为15～20％，电流密度为20 A／dm2，阴极极间距为10 mm，抛光时间为200s，抛光液温度为40℃。该抛光工艺下试样抛光的质量等级为二级。对化学抛光后的试样及空白样进行动电位极化曲线、电流衰变曲线、交流阻抗和表面形貌及成分分析对比。结果表明，与抛光前试样相比，化学抛光后试样的耐腐蚀性能得到显著改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 质子交换膜燃料电池的双极板
• 1.2 双极板的作用
• 1.3 双极板材料
• 1.3.1 非金属双极板
• 1.3.2 金属双极板
• 1.4 双极板的腐蚀
• 1.4.1 双极板的腐蚀及其对电池性能的影响
• 1.4.2 腐蚀性离子的来源
• 1.5 PEMFC环境的模拟
• 1.6 本论文研究的目的、意义和内容
• 第2章 304不锈钢化学抛光工艺研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备及装置
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 实验装置
• 2.2.4 实验材料及制备
• 2.2.5 实验工艺流程
• 2.3 工艺操作规范
• 2.4 抛光质量评价方法
• 2.5 正交试验安排
• 2.5.1 化学抛光正交试验结果
• 2.5.2 正交试验结果分析
• 2.6 分析与讨论
• 2.6.1 抛光液组分
• 2.6.2 工艺参数
• 2.7 最佳抛光工艺的确定
• 2.8 抛光溶液的维护管理与注意事项
• 2.9 本章小结
• 第3章 304不锈钢电化学抛光工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验设备及装置
• 3.2.1 实验设备
• 3.2.2 实验试剂
• 3.2.3 实验装置
• 3.2.4 其余实验安排
• 3.3 正交试验安排
• 3.3.1 正交试验结果
• 3.3.2 正交试验结果分析
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 抛光液各主要成分对抛光效果的影响
• 3.4.2 工艺参数
• 3.5 最佳抛光工艺的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 抛光后不锈钢的腐蚀行为和表面形貌分析
• 4.1 引言
• 4.2 实验设计
• 4.2.1 模拟腐蚀液的配置
• 4.2.2 电化学测试
• 4.2.3 表面分析
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 电化学测量
• 4.3.2 表面成分分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历