【研究综述】哈尔滨工程大学刘瑞良副教授等：表面热扩渗技术在金属双极板表面改性中的研究进展
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2024-11-06 17:00
重庆
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燃料电池因其环保和资源利用率高等优点近年来备受关注，对改善全球环境具有重要意义。双极板是燃料电池的重要组成部分，目前燃料电池中大多数的双极板为石墨双极板，其厚度大、加工成本高、柔韧性较差，而金属双极板是替代石墨双极板的最佳材料，其易于加工、成本较低。目前对金属双极板表面制备涂层的研究最为广泛，然而大多数涂层方法工艺复杂，容易形成缺陷，且对燃料电池商业化来说过于昂贵，因此可以通过对金属双极板进行热扩渗改性以满足其服役性能。介绍了不同金属双极板的表面改性技术，列出了不同种类的热扩渗改性技术，重点概况了热扩渗工艺以及耐蚀、导电性能。分析结果表明，对于热扩渗工艺，在制备双极板时应选用合适的温度，以减小或消除形变对双极板的影响；制备出均匀、致密且组织单一的热扩渗层可以明显提高金属双极板的性能；在空气和模拟燃料电池溶液环境中形成的氧化膜和钝化膜同样对金属双极板的性能具有重要影响。在金属双极板表面进行热扩渗改性研究，以提高其耐蚀性、导电性及服役稳定性，同时开发出新型复合工艺，对推动金属双极板在燃料电池的应用至关重要。关键词：金属双极板；热扩渗；表面改性；耐蚀性；界面接触电阻
基于以上国内外在金属双极板热扩渗改性技术方面的研究现状分析可知：1）尽管各种热扩渗改性技术及其复合改性技术层出不穷，但是一些热扩渗改性技术不能同时提供高的耐蚀性和导电性能，存在导电性和耐腐蚀性的矛盾。2）虽然一些方法可制备出符合燃料电池应用标准的改性层，但未见批量生产加工。3）对于热扩渗工艺，在制备双极板时应选用合适的温度以减小或消除形变对双极板的影响。4）在制备金属双极板热扩渗改性层时，应制备出均匀、致密且组织单一的热扩渗层，从而提高金属双极板的性能。5）改性后的金属双极板在空气和模拟燃料电池溶液环境中形成的氧化膜和钝化膜同样对金属双极板的性能有重要影响。6）新型热扩渗复合工艺，可在提升金属双极板耐蚀性和导电性的同时满足其服役的稳定性。因此，未来在金属双极板热扩渗改性技术研究应重点考虑以下方面：1）开展更广泛的热扩渗改性金属双极板性能测试。目前对热扩渗改性金属双极板的测试主要集中于恒电位/动电位曲线和接触电阻测试。为了实现热扩渗改性金属双极板的实际应用，还需要满足燃料电池对气密性、抗弯强度、密度和致密性等方面的要求，因此急需进行以上应用相关的测试与评价。2）开展热扩渗改性金属双极板的长期服役性能研究。燃料电池的长期服役会降低其使用寿命，改性后的双极板在长期的腐蚀过程中可能发生降解，导致离子污染铂电极，因此有必要进行长期的腐蚀试验。3）开发新型热扩渗复合改性技术研究。热扩渗复合改性层往往具有单一热扩渗改性层所不具备的优异性能，因此，将热扩渗层与其他改性技术相结合，开发新型复合改性技术，以满足燃料电池对金属双极板性能提出的更高的要求。4）开发适用于大批量、工业化生产的热扩渗改性设备。在满足燃料电池应用标准的前提下，开发出适用于大批量、工业化生产的热扩渗改性设备，对降低生产成本具有重要的意义。5）制定统一的热扩渗改性金属双极板的性能测试标准。目前由于金属双极板腐蚀试验在溶液和测试条件存在差异，导致许多数据缺乏实际应用价值，因此需要统一的标准进行测试与评价。该文章发表在《表面技术》第53卷第18期。
引文格式：吴新宇, 刘瑞良, 武昭杰, 等. 表面热扩渗技术在金属双极板表面改性中的研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(18): 1-15.
WU Xinyu, LIU
Ruiliang, WU Zhaojie, et al. Research Progress of Thermal Diffusion Technology
in Surface Modification of Metallic Bipolar Plate[J]. Surface Technology, 2024,
53(18): 1-15.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.18.001
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