鋁合金雙極板制備及性能研究.pdf

1、綜述了質(zhì)子交換膜燃料電池的研究和應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀，分析了制約質(zhì)子交換膜燃料電池應(yīng)用的主要因素。首次以鋁合金為基體材料，采用電腦雕刻技術(shù)加工流場和化學(xué)鍍鎳磷合金對其進行表面改性處理，得到了性能優(yōu)異的鋁合金雙極板材料。 1、以鋁合金為基體材料，按照最簡單的蛇形結(jié)構(gòu)設(shè)計流場，采用電腦雕刻技術(shù)加工流場，流道寬度和深度均為1mm，電腦雕刻流場精度高和容易控制。 2、浸鋅是鋁合金化學(xué)鍍鎳磷合金工藝中的關(guān)鍵步驟之一，通過全因子試驗得到了鋁

2、合金浸鋅的溶液配方和工藝參數(shù)：ZnSO<,4>·7H<,2>O 30～50g/L，NaOH 80～100 g/L，NaF80～120 g/L，F(xiàn)eCl<,3> 0.5～1g/L，絡(luò)合劑8～20g/L；溫度20～40℃，一次浸鋅時間1～3 min，二次浸鋅時間30～40 s。在此條件下可以獲得厚度約50nm的均勻和致密的浸鋅層。 3、采用堿性一酸性雙溶液體系化學(xué)鍍鎳磷合金工藝，堿性預(yù)鍍可以避免浸鋅層過度溶解、溶解的鋅離子和鋁離子污

3、染酸性鍍?nèi)芤?。以酸性溶液的鍍速和鍍層的耐蝕性能為評價標(biāo)準(zhǔn)，通過單因子試驗得到了化學(xué)鍍鎳磷合金的溶液配方和工藝參數(shù)。1)堿性預(yù)鍍鎳磷合金：NiSO<,4>·6H<,2>O 20～30g/L，NaH<,2>PO<,2>·H<,2>O 15～25g/L，復(fù)合絡(luò)合劑35～50g/L，pH值9.0～10.0，溫度60～70℃，時間5min左右，鍍層厚度約為0.5μm；2)酸性鍍鎳磷合金：NiSO<,4>·6H<,2>O 22～38g/L，NaH<

4、,2>PO<,2>·H<,2>) 28～36 g/L，HAc18～35ml/L，復(fù)合絡(luò)合劑25～35g/L，促進劑1～5g/L，稀土鹽0.5～2g/L，pH：值4.4～5.0，溫度85～92℃，鍍層厚度為30～50μm，化學(xué)鍍時間根據(jù)具體厚度而定。 4、采用電子探針法測定了鍍層的鎳磷含量，X-射線衍射法研究了熱處理對鍍層結(jié)構(gòu)的影響，伏安法研究了熱處理對鍍層耐蝕性的影響，同時測試了鍍層的結(jié)合強度、顯微硬度和表面形貌以及雙極板的電性

5、能。1)鍍態(tài)下鍍層為典型非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，具有較高的耐蝕性，結(jié)合強度為115 MPa左右，顯微硬度520 HV左右；2)鍍層熱處理溫度達到200℃時有輕微晶化現(xiàn)象，600℃時呈現(xiàn)明顯晶態(tài)結(jié)構(gòu)，晶化產(chǎn)物為Ni和Ni<,3>P。在200～250℃熱處理4～6h，鍍層晶化不明顯，但是耐蝕性和結(jié)合強度明顯提高，顯微硬度高達1000Hv；3)雙極板的導(dǎo)電性能優(yōu)異，電導(dǎo)率高達1.65～1.79x 10<'7>S·m<'-1>，比不銹鋼(1.25～1.42