Das Beschichten einer Schicht aus einer leitfähigen korrosionsbeständigen Beschichtung auf der Titanoberfläche kann die Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche der Titan-Bipolarplatte wirksam vermeiden und die Leistungsanforderungen der Elektrodenplatte erfüllen. Neben Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit muss die Beschichtung auch eine gute Haftfestigkeit zum Untergrund aufweisen.
Titan-Elektrode
beschichtete Titananode
Da sich gleichzeitig die Temperatur der PEMFC zwischen Raumtemperatur und 80 Grad ändert, müssen die Beschichtung und das Substratmaterial ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Um eine Delamination und Rissbildung der Beschichtung während des Temperaturwechselvorgangs zu vermeiden, geht der Schutz des Materials verloren.
Üblicherweise verwendete Beschichtungen werden hauptsächlich in 2 Kategorien unterteilt, nämlich Beschichtungen auf Metallbasis (Edelmetalle, Metall-Kohlenstoff/Nitrid) und Beschichtungen auf Kohlenstoffbasis (Graphit, leitfähige Polymere, amorpher Kohlenstoff usw.).
Leistungsparameter von Titan-Bipolarplatten mit unterschiedlichen Beschichtungen
Als wichtiger Bestandteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen spielen Bipolarplatten eine entscheidende Rolle in Bezug auf Zellleistung, Kosten und Haltbarkeit. Die beiden wichtigen Punkte, die derzeit die Kommerzialisierung von Wasserstoffbrennstoffzellen einschränken, sind Kosten und Haltbarkeit, und die Kosten von Bipolarplatten werden bis zu einem gewissen Grad durch das Elektrodenmaterial, die Strömungsfeldverarbeitung und den Herstellungsprozess der Elektrodenbeschichtung bestimmt.
Graphit- und kohlenstoffbasierte Verbundmaterialien können die Leistungsanforderungen von Wasserstoff-Brennstoffzellen nicht mehr erfüllen, und metallische Materialien sind mittlerweile zu den Hauptmaterialien für Bipolarplatten von Wasserstoff-Brennstoffzellen geworden. Darüber hinaus war hohe Leistung schon immer das Streben nach Wasserstoffbrennstoffzellen. Titan und Titanlegierungen in Metallwerkstoffen haben eine geringe Dichte und eine hohe spezifische Festigkeit sowie eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Wasserstoffbrennstoffzellen, wodurch das Gewicht und das Volumen von Bipolarplatten erheblich reduziert werden können. Die massespezifische Leistung und die volumenspezifische Leistung der Batterie werden deutlich verbessert, und die von Titan und Titanlegierungen während des Langzeitbetriebs erzeugten Korrosionsprodukte sind weniger toxisch für Protonenaustauschmodi und Katalysatoren, was der Verbesserung der Stabilität zuträglich ist und Haltbarkeit des Batteriebetriebs.
Die auf der Oberfläche von Titan-Bipolarplatten hergestellten Beschichtungen aus Metall-Kohlenstoff/Nitrid und amorphem Kohlenstoff haben hervorragende umfassende Eigenschaften und einen hohen Forschungs- und Anwendungswert. Diese Beschichtungen sind jedoch anfällig für Pinhole-Defekte, sodass das Hauptziel der aktuellen Forschung darin besteht, die Kompaktheit der Beschichtung, die Haftfestigkeit zwischen Film und Basis sowie die Leitfähigkeit der Beschichtungsoberfläche zu verbessern. Außerdem sollte die Beschichtung eine gute Hydrophobizität aufweisen, um das Abführen des durch die Reaktion erzeugten Wassers zu erleichtern.
Um diesen umfassenden Eigenschaften gerecht zu werden, werden höhere Anforderungen an die konstruktive Gestaltung und den organisatorischen Aufbau der Beschichtung gestellt. Die Verbund- und Nanostruktur der Beschichtungsstruktur kann die Dichte, Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Betriebsstabilität und Zuverlässigkeit der Titanplatte verbessern, was die Hauptrichtung der zukünftigen Entwicklung ist.
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