Il rivestimento di uno strato di rivestimento conduttivo resistente alla corrosione sulla superficie del titanio può evitare efficacemente la formazione di una pellicola di ossido sulla superficie della piastra bipolare in titanio e soddisfare i requisiti prestazionali della piastra dell'elettrodo. Oltre alla resistenza alla corrosione e all'eccellente conduttività elettrica, il rivestimento deve anche avere una buona forza di adesione con il substrato.
elettrodo in titanio
anodo di titanio rivestito
Allo stesso tempo, poiché la temperatura del PEMFC cambierà tra la temperatura ambiente e 80 gradi, il rivestimento e il materiale del substrato devono avere coefficienti di dilatazione termica simili. Per evitare la delaminazione e la rottura del rivestimento durante il processo di variazione della temperatura, la protezione del materiale andrà persa.
I rivestimenti comunemente usati si dividono principalmente in 2 categorie, vale a dire rivestimenti a base di metallo (metalli preziosi, metallo-carbonio/nitruro) e rivestimenti a base di carbonio (grafite, polimeri conduttivi, carbonio amorfo, ecc.).
Parametri prestazionali di piastre bipolari in titanio con diversi rivestimenti
In quanto parte importante delle celle a combustibile a idrogeno, le piastre bipolari svolgono un ruolo decisivo in termini di prestazioni, costi e durata delle celle. Le due questioni importanti che attualmente limitano la commercializzazione delle celle a combustibile a idrogeno sono il costo e la durata, e il costo delle piastre bipolari è determinato in una certa misura dal materiale dell'elettrodo, dall'elaborazione del campo di flusso e dal processo di preparazione del rivestimento dell'elettrodo.
I materiali compositi a base di grafite e carbonio non possono più soddisfare i requisiti delle celle a combustibile a idrogeno in termini di prestazioni e i materiali metallici sono ora diventati i materiali principali per le piastre bipolari delle celle a combustibile a idrogeno. Inoltre, l'elevata potenza è sempre stata la ricerca delle celle a combustibile a idrogeno. Il titanio e le leghe di titanio nei materiali metallici hanno una bassa densità e un'elevata resistenza specifica e un'eccellente resistenza alla corrosione nelle celle a combustibile a idrogeno, che possono ridurre significativamente il peso e il volume delle piastre bipolari. La potenza specifica della massa e la potenza specifica del volume della batteria sono notevolmente migliorate e i prodotti di corrosione generati dal titanio e dalle leghe di titanio durante il funzionamento a lungo termine sono meno tossici per le modalità di scambio protonico e i catalizzatori, il che favorisce il miglioramento della stabilità e la durata del funzionamento a batteria.
I rivestimenti metallo-carbonio/nitruro e carbonio amorfo preparati sulla superficie delle piastre bipolari in titanio hanno eccellenti proprietà complete e hanno un alto valore di ricerca e applicazione. Tuttavia, questi rivestimenti sono soggetti a difetti di fori stenopeici, quindi l'obiettivo principale dell'attuale ricerca è migliorare la compattezza del rivestimento, la forza di adesione della base del film e la conducibilità della superficie del rivestimento. Inoltre, il rivestimento dovrebbe avere una buona idrofobicità per facilitare lo scarico dell'acqua prodotta dalla reazione.
Per soddisfare queste proprietà complete, vengono posti requisiti più elevati sulla progettazione strutturale e sulla composizione organizzativa del rivestimento. Il composito e la nanostruttura della struttura del rivestimento possono migliorare in una certa misura la densità, la resistenza alla corrosione e la conduttività elettrica del rivestimento e migliorare la stabilità e l'affidabilità del servizio della piastra in titanio, che è la direzione principale dello sviluppo futuro.
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