Παράμετροι απόδοσης διπολικών πλακών τιτανίου με διαφορετικές επιστρώσεις

Η επικάλυψη της επιφάνειας του τιτανίου με ένα στρώμα αγώγιμης ανθεκτικής στη διάβρωση επίστρωσης μπορεί να αποτρέψει αποτελεσματικά τον σχηματισμό φιλμ οξειδίου στην επιφάνεια της διπολικής πλάκας τιτανίου και να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις απόδοσης της πλάκας ηλεκτροδίου. Εκτός από την αντοχή στη διάβρωση και την εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, η επίστρωση πρέπει επίσης να έχει καλή αντοχή συγκόλλησης με το υπόστρωμα. Ταυτόχρονα, επειδή η θερμοκρασία του PEMFC θα αλλάζει μεταξύ θερμοκρασίας δωματίου και 80 °C, η επίστρωση και το υλικό του υποστρώματος πρέπει να έχουν παρόμοιους συντελεστές θερμικής διαστολής. Προκειμένου να αποφευχθεί η αποκόλληση και η ρωγμάτωση της επίστρωσης κατά τη διαδικασία αλλαγής θερμοκρασίας, η προστασία του υλικού θα χαθεί.

Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες επιστρώσεις χωρίζονται κυρίως σε 2 κατηγορίες, δηλαδή σε επιστρώσεις με βάση το μέταλλο (πολύτιμα μέταλλα, μεταλλικός άνθρακας/νιτρίδιο) και σε επιστρώσεις με βάση τον άνθρακα (γραφίτης, αγώγιμα πολυμερή, άμορφος άνθρακας κ.λπ.).

Παράμετροι απόδοσης διπολικών πλακών τιτανίου με διαφορετικές επιστρώσεις

Ως σημαντικό μέρος των κυψελών καυσίμου υδρογόνου, οι διπολικές πλάκες παίζουν καθοριστικό ρόλο στην απόδοση, το κόστος και την ανθεκτικότητα των κυψελών. Τα δύο σημαντικά ζητήματα που περιορίζουν επί του παρόντος την εμπορευματοποίηση των κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι το κόστος και η ανθεκτικότητα, και το κόστος των διπολικών πλακών καθορίζεται σε κάποιο βαθμό από το υλικό του ηλεκτροδίου, την επεξεργασία του πεδίου ροής και τη διαδικασία προετοιμασίας της επικάλυψης των ηλεκτροδίων.

Τα σύνθετα υλικά με βάση τον γραφίτη και τον άνθρακα δεν μπορούν πλέον να καλύψουν τις απαιτήσεις των κυψελών καυσίμου υδρογόνου όσον αφορά την απόδοση, και τα μεταλλικά υλικά έχουν πλέον γίνει τα κύρια υλικά για διπολικές πλάκες κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Επιπλέον, η υψηλή ισχύς ήταν πάντα η επιδίωξη των κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Το τιτάνιο και τα κράματα τιτανίου σε μεταλλικά υλικά έχουν χαμηλή πυκνότητα και υψηλή ειδική αντοχή, και έχουν εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στα κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος και τον όγκο των διπολικών πλακών. Η ειδική ισχύς μάζας και η ειδική ισχύς όγκου της μπαταρίας βελτιώνονται σημαντικά, και τα προϊόντα διάβρωσης που παράγονται από τιτάνιο και κράματα τιτανίου κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας λειτουργίας είναι λιγότερο τοξικά για τους τρόπους ανταλλαγής πρωτονίων και τους καταλύτες, γεγονός που ευνοεί τη βελτίωση της σταθερότητας και της ανθεκτικότητας της λειτουργίας της μπαταρίας.

Οι μεταλλικές επιστρώσεις άνθρακα/νιτριδίου και άμορφου άνθρακα που παρασκευάζονται στην επιφάνεια διπολικών πλακών τιτανίου έχουν εξαιρετικές συνολικές ιδιότητες και υψηλή ερευνητική και εφαρμοστική αξία. Ωστόσο, αυτές οι επιστρώσεις είναι επιρρεπείς σε ελαττώματα οπών, επομένως ο κύριος στόχος της τρέχουσας έρευνας είναι η βελτίωση της συμπύκνωσης της επικάλυψης, της αντοχής του δεσμού με τη βάση της μεμβράνης και της αγωγιμότητας της επιφάνειας της επικάλυψης. Επιπλέον, η επικάλυψη θα πρέπει να έχει καλή υδροφοβικότητα για να διευκολύνει την αποβολή του νερού που παράγεται από την αντίδραση.

Για την ικανοποίηση αυτών των ολοκληρωμένων ιδιοτήτων, τίθενται υψηλότερες απαιτήσεις στον δομικό σχεδιασμό και την οργανωτική σύνθεση της επικάλυψης. Η σύνθετη και η νανοδομή της δομής της επικάλυψης μπορούν να βελτιώσουν την πυκνότητα, την αντοχή στη διάβρωση και την ηλεκτρική αγωγιμότητα της επικάλυψης σε κάποιο βαθμό, και να ενισχύσουν τη σταθερότητα λειτουργίας και την αξιοπιστία της πλάκας τιτανίου, η οποία αποτελεί την κύρια κατεύθυνση μελλοντικής ανάπτυξης.