質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板研究-

1、質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板研究王東1,2,張偉1,夏保佳2,李國(guó)欣1(1.上?？臻g電源研究所,上海200233;2.中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所,上海200050摘要:通過(guò)對(duì)金屬材料在腐蝕測(cè)試池和實(shí)際電池中電化學(xué)性能和接觸電阻性能的對(duì)比研究,優(yōu)選出一種表面無(wú)須處理、耐腐蝕性能與石墨相當(dāng)?shù)逆?鐵-鉻合金雙極板材料。該合金材料加工的雙極板裝配成質(zhì)子交換膜燃料電池后,在電流密度600Acm-2放電時(shí),額定工作電壓達(dá)到0.72V,經(jīng)過(guò)累積近300h的測(cè)試,性能沒(méi)有出現(xiàn)明顯衰減,表明其可直接在質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境下穩(wěn)定工作。關(guān)鍵詞:質(zhì)子交換膜燃料電池;雙極板;腐蝕;接觸電阻中圖分類(lèi)號(hào):TM9

2、11.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-087X(200508-0491-05Study on metal bipolar plate materials in proton exchangemembrane fuel cellWANG Dong1,2,ZHANG Wei1,XIA Bao-jia2,LI Guo-xin1(1.ShanghaiI ns t i t ut e ofSpace Pow er-Sour ces,Shanghai200233,C hi na;2.ShanghaiI ns t i t ut e ofM i cr os ys t em and I nf or m at

3、i on Technol ogy,C hi nes e A cadem y ofSci ences,Shanghai200050,C hi naA bst r act:By comparing the corrosive behaviors of several metal materials in a corrosion cell and actual proton exchange mem-brane fuel cells(PEMFC,an alloy whose electrochemical behaviors and contact resistance are comparable

4、 with those of graphite and other metals had been optimized.The PEMFC assembled with this metal bipolar plates can operate at0.72V with discharge current density600mAcm-2.After nearly accumulative300h operation,the PEMFCs performance didnt show any decline which indicated this alloy could be directl

5、y used as the bipolar plate material in PEMFC without any addi-tional treatment.K ey w or ds:proton exchange membrane fuel cell(PEMFC;bipolar plate;corrosion;contact resistance質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC以其優(yōu)異的大電流放電性能日益成為燃料電池研究發(fā)展的重點(diǎn),其高比功率輸出特性在國(guó)防軍事領(lǐng)域有著極其廣泛的用途。實(shí)用化的PEMFC必須具備高性能、高可靠性、低成本等要求1。然而就目前的PEMFC技術(shù)而言,其總體技術(shù)還處于研

6、制發(fā)展階段,電池成本居高不下,商業(yè)化運(yùn)行還需一段時(shí)間。如在空間等高技術(shù)高可靠的領(lǐng)域應(yīng)用,其性能和可靠性必須進(jìn)一步提高,關(guān)鍵技術(shù)務(wù)必得到突破,其中最關(guān)鍵的就是雙極板技術(shù)。雙極板是PEMFC的關(guān)鍵部件之一,目前其質(zhì)量占到電堆總質(zhì)量的70%,成本約占60%以上。它在電池中具有支撐膜電極、導(dǎo)電、隔離氫氣和氧氣/空氣、均勻輸送反應(yīng)氣體等多種重要功能。目前雙極板材料、流場(chǎng)結(jié)構(gòu),尤其是加工成本都存在許多急須解決的技術(shù)問(wèn)題。針對(duì)雙極板技術(shù)的研究正在世界各國(guó)廣泛進(jìn)行,研究方向主要為石墨材料和金屬基材料26。石墨材料研究集中在純石墨和石墨-高分子粘結(jié)劑材料雙極板,研究?jī)?nèi)容主要包括原材料優(yōu)選、流道加工成型、極板導(dǎo)電

7、和透氣性能改善等方面。但由于石墨材料本身多孔透氣和機(jī)械強(qiáng)度差等,致使采用石墨雙極板的PEMFC電堆成本很高,比能量低,可靠性也相對(duì)較低,難以滿(mǎn)足電池實(shí)際應(yīng)用中苛刻條件的要求,目前的發(fā)展方向是研制開(kāi)發(fā)高性能金屬基材料雙極板。金屬基材料雙極板不透氣,機(jī)械強(qiáng)度高,成本低,并具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性,對(duì)金屬基材料雙極板的研究一方面集中在適合PEMFC強(qiáng)氧化、強(qiáng)還原工作環(huán)境下抗腐蝕金屬材料的優(yōu)選及表面相應(yīng)改性處理,另一方面則側(cè)重開(kāi)發(fā)新的高效、易加工、低成本雙極板結(jié)構(gòu)。我們對(duì)作為PEMFC雙極板材料的幾種金屬性能進(jìn)行了研究,并從中優(yōu)選出一種不需任何表面處理的可直接作為雙極板材料的合金材料。1實(shí)驗(yàn)1.1雙極板

8、材料電化學(xué)腐蝕性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)用腐蝕測(cè)試池采用市售標(biāo)準(zhǔn)KMZ5腐蝕池(德國(guó), ZAHNER,如圖1所示。研究電極為不同的金屬材料和石墨薄片(厚度0.10.2mm,其背面用環(huán)氧粘合劑封沒(méi),使用前表面均用金相砂皮磨光,用丙酮洗去表面可能沾有的油漬。經(jīng)自來(lái)水、去離子水沖洗后的電極在50%H2SO4溶液中浸0.5 min,在經(jīng)去離子水沖洗后插入腐蝕測(cè)試池中測(cè)試。電解液pH=3,含有c(F-1=2×10-6molL-1的H2SO4溶液(c為濃度,收稿日期:2004-10-23作者簡(jiǎn)介:王東(1975,男,貴州省人,工程師,博士研究生,主要研究方向?yàn)楦吣芑瘜W(xué)電源、質(zhì)子交換膜燃料電池。B i ogr

9、aphy:W A N G D ong(1975,male,engineer,candidate for Ph D.F -1為氟離子。溶液中通H 2或O 2或高純空氣,控制氣體流速為2mL s -1。輔助電極為20mm ×20mm 的鉑片。參比電極采用飽和KCl 的甘汞電極(SCE。腐蝕池溫度(由水銀溫度計(jì)指示并由加熱循環(huán)水控制。 腐蝕試驗(yàn)采用線性電位掃描測(cè)量方法進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖2710。利用恒電位儀(ZF 3控制研究電極的電位,超低頻信號(hào)發(fā)生器(ZF 4產(chǎn)生線性變化的電壓信號(hào),該信號(hào)輸入恒電位儀的外給定端,從而使研究電極作線性電位掃描,掃描范圍-0.61.2V,掃描速率為0.08m

10、V s -1。流經(jīng)研究電極的電流由恒電位儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻R 的電壓降測(cè)量,并由數(shù)據(jù)采集器(ZF10采集存儲(chǔ),同時(shí)還采集記錄超低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓信號(hào)。 1.2雙極板材料與擴(kuò)散電極之間接觸電阻測(cè)量模擬PEMFC 結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種快速評(píng)價(jià)極板材料與擴(kuò)散電極之間在不同壓緊力下接觸電阻的裝置5,6。如圖3所示,兩片擴(kuò)散電極夾在兩片測(cè)試極板樣品中,并由兩塊表面鍍金不銹鋼板與穩(wěn)壓直流源連接,通過(guò)活塞式氣壓裝置和夾板進(jìn)行緊固。氣壓裝置調(diào)節(jié)測(cè)試樣品與擴(kuò)散電極之間的緊固壓力,穩(wěn)定每個(gè)設(shè)定壓力值約30min 后,調(diào)節(jié)穩(wěn)壓直流源輸出電流I ,同時(shí)測(cè)量不同電流值時(shí)兩塊鍍金不銹鋼板之間的電壓降V ,由公式R =V

11、A s /I 可求得測(cè)試樣品與擴(kuò)散電極之間的界面接觸電阻R ,其中A s 為測(cè)試樣品與擴(kuò)散電極之間的接觸面積。該方法可以用來(lái)測(cè)量和相對(duì)比較雙極板樣品與擴(kuò)散電極之間的接觸電阻,但所測(cè)數(shù)值并不代表兩者間真實(shí)的接觸電阻。由圖3不難理解,所測(cè)電阻R 至少包括測(cè)試極板樣品與擴(kuò)散電極,擴(kuò)散電極與擴(kuò)散電極,鍍金板與測(cè)試極板之間3種接觸電阻。1.3電池性能測(cè)試1.3.1測(cè)試系統(tǒng)PEMFC 性能測(cè)試系統(tǒng)為自制的移動(dòng)測(cè)試裝置,基本結(jié)構(gòu)如圖4所示1。反應(yīng)氣體通過(guò)外部鼓泡加濕器進(jìn)行加濕,氣體流量通過(guò)水氣分離后的尾氣進(jìn)行控制。1.3.2小面積單電池性能測(cè)試將厚度為2.53.0mm 的金屬板材和石墨板材通過(guò)數(shù)控銑床加工成

12、如圖5所示的極板進(jìn)行電池性能測(cè)試,特別是長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的腐蝕性能測(cè)試。極板裝配前表面均用丙酮仔細(xì)圖1實(shí)驗(yàn)用KMZ 5腐蝕測(cè)試池照片F(xiàn)ig.1Photograh of a corrosion cell KMZ 5for test圖2腐蝕測(cè)試池測(cè)量線路圖Fig.2Testingcircuitdiagram of corrosive behaviors圖3雙極板材料與擴(kuò)散電極之間接觸電阻的測(cè)試裝置示意圖Fig.3Schematic diagram of contact resistance between bipolar platematerial and diffusion electrode t

13、esting device圖4PEMFC 性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig.4Schematic diagram of test system 清洗后使用。電池工作溫度由加熱棒控制調(diào)節(jié)。氫、氧流場(chǎng)結(jié)構(gòu)一致,均為單通道,與一般電堆中的雙極板不同,該單體電池中的極板實(shí)際上應(yīng)為單極板。采用W.L.Gore Primea !5561膜電極,活性面積為16cm 2;擴(kuò)散層為經(jīng)過(guò)憎水化處理的碳布擴(kuò)散層,表面涂覆有Vulcan XCR-72碳粉。 1.3.3較大面積單電池性能測(cè)試將最終優(yōu)選出的、厚度為2.5mm 的金屬板和同樣厚度的石墨板分別加工成如圖6所示形狀的陰、陽(yáng)極板,進(jìn)行較大面積單體電池性能測(cè)試,電池通過(guò)循

14、環(huán)水預(yù)熱至測(cè)試所需溫度。電池采用螺栓緊固,每個(gè)螺栓用扭力扳手控制緊固力矩為7.5N m ,密封方式為線密封。電極采用W.L.Gore Primea !5561膜電極和自制膜電極,活性面積為70cm 2。W.L.Gore Primea!5561膜電極配合經(jīng)過(guò)憎水化處理、表面涂覆有Vul-can XCR-72碳粉的碳布(Carbel!CL 擴(kuò)散層使用。自制膜電極采用三合一熱壓法成型,質(zhì)子交換膜為Dupont Nafion !112膜,陰陽(yáng)極Pt (Pt/C,40%,Johnson Matthey 擔(dān)載量分別為0.7mg cm -2和0.5mg cm -2,擴(kuò)散層為T(mén)oray 碳紙,厚度0.20mm

15、 ,自制新電極性能測(cè)試前均須用較小電流密度50mA cm -2進(jìn)行潤(rùn)濕后再行測(cè)試。為便于電池裝配后實(shí)現(xiàn)有效密封,上述膜電極均采用邊框支撐保護(hù)。 1.3.4電池測(cè)試條件所有電池電性能均通過(guò)電子負(fù)載配合測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,小面積單體電池長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)的電壓值由數(shù)據(jù)采集器記錄,電池其余極化性能在電子負(fù)載每個(gè)調(diào)節(jié)電流值下穩(wěn)定5min 后再記錄。小面積單體電池長(zhǎng)期運(yùn)行性能的測(cè)試條件列于表1中。放電電流密度恒定為600mA cm -2,連續(xù)5d 測(cè)試,每天測(cè)試8h ,然后擱置2d 后再進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。電池在不同電流密度下的極化性能測(cè)試是周期性測(cè)試。新裝配電池首先進(jìn)行極化性能測(cè)試,隨后累積運(yùn)行時(shí)間100h 后再進(jìn)行

16、極化性能測(cè)試,觀察電池性能是否衰減。對(duì)較大面積單電池的極化性能,在不同反應(yīng)氣體壓力、不同電池溫度等操作條件下進(jìn)行測(cè)量。2結(jié)果和討論2.1雙極板材料電化學(xué)腐蝕性能研究從熱力學(xué)觀點(diǎn)看,金屬通常處于不穩(wěn)定狀態(tài),它有與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)作用轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匐x子的傾向。這種傾向既與金屬本性相關(guān),也與周?chē)橘|(zhì)的特性和外界條件有關(guān)。金屬的腐蝕主要分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。在質(zhì)子交換膜燃料電池中,金屬雙極板的腐蝕類(lèi)型主要為陽(yáng)極極化,腐蝕產(chǎn)物分別為金屬在溶液中溶解或表面形成導(dǎo)電性較差的氧化層。其中形成的高價(jià)金屬離子對(duì)質(zhì)子交換膜和催化劑有嚴(yán)重的毒化作用,而隨運(yùn)行時(shí)間不斷生長(zhǎng)的氧化層則會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加,電池性能衰減。

17、利用腐蝕測(cè)試池對(duì)表面未進(jìn)行過(guò)任何處理的金屬鋁、鎳、不銹鋼SS 316L 、不銹鋼SS 1Cr 18Ni 9Ti 、鈦、耐蝕不銹鋼合金A (成分鎳-鐵-鉻和美國(guó)POCO!石墨,在pH =3,含有c (F -1=2×10-6mol L -1的H 2SO 4溶液中,進(jìn)行腐蝕性能測(cè)試比較。圖7為上述雙極板材料在一定電位、80、氫氣和氧氣氣氛下所測(cè)得的電化學(xué)腐蝕速率比較。圖8為雙極板材料在80,pH =3,含有c (F -1=2×10-6mol L -1的H 2SO 4溶液中,不同氣氛下恒電位保持10h 后所測(cè)得的腐蝕電流密度。從圖7和圖8可以看出,鋁和鎳在氧氣氣氛下的溶解速率是相當(dāng)

18、高的,而SS 316L,SS 1Cr 18Ni 9Ti 和鈦則表現(xiàn)出一個(gè)適中的溶解速率。耐蝕不銹鋼合金A 和POCO !石墨的溶解速率都較低,尤其以耐蝕合金A 的溶解速率最低,在氫氣圖5小面積PEMFC 單體電池極板示意圖Fig.5Bipolar plate for small active area single cell圖6較大面積PEMFC 單體電池極板示意圖Fig.6Bipolar plate for larger active area single cell圖7不同材料腐蝕性能比較Fig.7Comparison of different materials corrosive be

19、haviors氣氛(0.2V vs .NHE 下的腐蝕電流密度約為2.3!A cm -2,氧氣氣氛(0.9V vs .NHE 下的腐蝕電流密度約為8.6"A cm -2,即使在同樣條件、同樣電位下保持10h 后所測(cè)得的腐蝕電流密度變化也不大,氫氣氛和氧氣氛下分別為2.5#A cm -2和9.5$A cm -2,都明顯低于美國(guó)能源部對(duì)雙極板材料腐蝕電流密度的要求(小于16%A cm -2。從金屬的平衡電位-pH 關(guān)系也不難理解,鋁和鎳在pH 較低情況下耐電化學(xué)腐蝕性能較差。不銹鋼和鈦材料的耐腐蝕性相對(duì)較好,這主要是對(duì)于鉻、鐵、鎳、鈦等可鈍化金屬在陽(yáng)極電位下會(huì)形成一層具有半導(dǎo)體性質(zhì)的氧化

20、膜,這層氧化膜通常很薄,不超過(guò)10nm ,但它在溶液中的溶解速度卻很小,因此可以較有效地保護(hù)內(nèi)部金屬基體不受腐蝕;但這層鈍化保護(hù)模的存在,對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池中的雙極板和膜電極之間的接觸電阻性能卻有很大的影響。特制耐蝕不銹鋼合金A 的成分為鎳-鐵-鉻。該合金在硫酸環(huán)境下具有優(yōu)異的耐腐蝕性能,明顯優(yōu)于上述不銹鋼和鈦材料,所測(cè)腐蝕性能與現(xiàn)在普遍用作燃料電池雙極板材料的石墨相當(dāng)。圖9和圖10分別為耐蝕合金A 和POCO !石墨在氧氣氛,80,pH =3,含有c (F -1=2×10-6mol L -1的H 2SO 4溶液中的典型極化曲線。由圖9不難看出,耐蝕不銹鋼合金A 在腐蝕條件比較惡劣

21、的氧氣氣氛下的腐蝕電流密度較小,具有優(yōu)異的耐蝕性能,與POCO !石墨相當(dāng),因此基本能夠適應(yīng)質(zhì)子交換膜燃料電池的工作環(huán)境。2.2雙極板材料與擴(kuò)散電極之間接觸電阻的研究利用活塞式加壓緊固裝置,對(duì)金屬鎳、不銹鋼SS 316L 、不銹鋼SS 1Cr 18Ni 9Ti 、鈦、耐蝕不銹鋼合金A 和美國(guó)POCO!石墨等材料,在不同壓緊力下與碳布(Carbel !CL和Toray 碳紙之間接觸電阻進(jìn)行了比較研究,分別如圖10和圖11所示。從圖10和圖11不難發(fā)現(xiàn),不同材料與碳布擴(kuò)散層的接觸電阻,均低于與碳紙擴(kuò)散層相接觸的接觸電阻;而在所有測(cè)試材料中,金屬材料與擴(kuò)散層的接觸電阻均高于POCO !石墨與擴(kuò)散層的

22、接觸電阻,其由大到小的基本順序?yàn)門(mén)i 1Cr 18-Ni 9Ti SS 316耐蝕不銹鋼合金A POCO !石墨,這與上述金屬和不銹鋼表面的鈍化層性質(zhì)有關(guān)。不銹鋼與碳紙或碳布擴(kuò)散層之間的接觸電阻與其基體組成息息相關(guān),特別是其表面鈍化層成分。盡管對(duì)不銹鋼表面鈍化層的性能各持己見(jiàn),但通常還是認(rèn)為該鈍化層為一薄層致密的氧化物。對(duì)不銹鋼而言,這層膜的主要成分為Fe 、Ni 、Cr 的氧化物,它具有半導(dǎo)體性能,從而增加了與擴(kuò)散層的接觸電阻。對(duì)上述不銹鋼樣品表面鈍化層中的氧元素進(jìn)行俄歇電子能譜分析(Auger electron spectroscopy,AES ,可以得出不同材料表面鈍化層的差異。1cm

23、2的不銹鋼樣品表面用丙酮清洗后進(jìn)行其表面鈍化層中氧元素的AES 分析,能夠得出不同不銹鋼材料表面氧化鈍化膜的相對(duì)厚度,從而可比較氧化鈍化膜厚度對(duì)不銹鋼材料與擴(kuò)散層之間接觸電阻的影響。圖12為不銹鋼樣品材料表面氧元素AES 分析結(jié)果。盡管很難單憑AES 技術(shù)得出不銹鋼樣品表面氧化鈍化層圖8不同材料恒電位保持10h 后的腐蝕性能Fig.8Comparison of different materials corrosive behaviorsafter kept for 10h in electrolyte at constant electrode potential圖9耐蝕合金A 和POCO

24、!石墨在含c(F -1=2×10-6mol L-1的H 2SO 4溶液中、氧氣氛下的電流-電位曲線Fig.9Current-potential curves of POCO!graphite and metal A 圖10不同材料與碳布擴(kuò)散層在不同壓力下的接觸電阻Fig.10Contact resistance between several materials andcarbon-cloth diffusion layer at different pressure圖11不同材料與碳紙擴(kuò)散層在不同壓力下的接觸電阻 Fig.11 Contact resistance between

25、several materials andcarbon-paper diffusion layer at different pressure的確切厚度,但從圖12也可看出,不同不銹鋼樣品表面氧化膜中氧元素的濃度變化是明顯的。對(duì)高Ni、Cr含量的不銹鋼耐蝕合金A而言,相同厚度表面氧元素的濃度明顯低于其它低Ni、Cr含量的不銹鋼材料1Cr18Ni9Ti和SS316,這說(shuō)明其表征的氧化鈍化層相對(duì)更薄一些。從AES分析結(jié)果可知,不銹鋼表面氧化鈍化層的厚度從厚到薄的基本順序?yàn)?Cr18-Ni9TiSS316耐蝕不銹鋼合金A,這與上述材料與擴(kuò)散層之間接觸電阻大小的順序是一致的。2.3雙極板材料在燃料電池

26、中的性能研究2.3.1小面積單體電池性能測(cè)試根據(jù)各種材料電化學(xué)腐蝕和與擴(kuò)散層接觸電阻的測(cè)試結(jié)果,選擇SS316、耐蝕不銹鋼A和POCO!石墨加工成如圖5所示的小面積(活性面積16cm2極板并裝配成單體電池,進(jìn)行相關(guān)電性能測(cè)試,特別是極板在實(shí)際電池長(zhǎng)期運(yùn)行中腐蝕性能的測(cè)試。各種極板材料裝配成電池后初始測(cè)試的極化曲線如圖13所示,測(cè)試條件見(jiàn)表1。POCO!石墨與擴(kuò)散層接觸電阻最小,因此在三種材料中的極化性能最好,依次為耐蝕不銹鋼合金A和SS316,其中耐蝕不銹鋼合金A的極化性能與POCO!石墨相當(dāng),這和它們與擴(kuò)散層的接觸電阻的測(cè)試結(jié)果是一致的。同時(shí)結(jié)合SS316和耐蝕合金A兩種材料AES表面測(cè)量數(shù)

27、據(jù)的分析,不難理解它們初始極化性能的不同很大程度取決于其表面氧化鈍化層結(jié)構(gòu)的差異。圖14為累積運(yùn)行900h后的單電池極化性能測(cè)試曲線。圖15為長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中單體電池在600mAcm-2電流密度下的電壓變化情況。圖14和圖15的試驗(yàn)結(jié)果表明,裝配在燃料電池中的耐蝕不銹鋼合金A和POCO!石墨極板,長(zhǎng)期運(yùn)行后其性能變化不大,特別是耐蝕合金A已基本適應(yīng)質(zhì)子交換膜燃料電池的工作環(huán)境,電性能與石墨材料相當(dāng);而SS316的性能衰減嚴(yán)重,這與其在質(zhì)子交換膜燃料電池環(huán)境中具有相對(duì)較大的腐蝕速率有關(guān)。在運(yùn)行累積時(shí)間900h后,將電池拆開(kāi)后進(jìn)行與碳布擴(kuò)散層之間接觸電阻的測(cè)量。表2總結(jié)了幾種材料的性能以及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行

28、前后關(guān)鍵性能的變化。2.3.2較大面積單體電池性能測(cè)試結(jié)合單體電池測(cè)試性能,將與POCO!石墨性能相當(dāng)?shù)哪臀g不銹鋼合金A,分別加工成如圖5所示的較大活性面積(70cm2極板,裝配成電池進(jìn)行測(cè)試,初步考察了耐蝕合金A 在較大活性面積單體電池中的性能,并與POCO!石墨性能進(jìn)行對(duì)比。自制膜電極、W.L.Gore Primea!5561膜電極,分別配合耐蝕不銹鋼合金A、POCO!石墨材料極板,裝配成較大活性面積的單體電池,其極化性能圖16所示。從圖16中可以看出,無(wú)論是采用何種膜電極,耐蝕不銹鋼合金A所裝配的電池其性能都接近POCO!石墨所裝配的電池,特別是采用自制膜電極后,使用耐蝕合金A的單體電池

29、比功率達(dá)到500mWcm-2。同時(shí)也不難看出,自制膜電極活性圖12不銹鋼材料表面氧化鈍化層厚度與氧元素摩爾含量的關(guān)系Fig.12Oxygen content vs.t hi cknes s ofs t ai nl es s s t eelpas s i ve f i l m圖13不同極板材料的小面積PEMFC單體電池初始極化曲線Fig.13Initial polarization curves of small active area single cellswith different materials圖14不同極板材料的小面積PEMFC單體電池長(zhǎng)期運(yùn)行后極化曲線Fig.14Polariz

30、ation curves of small active area single cells with different materials after long-term operation圖15不同極板材料的小面積PEMFC單體電池長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的電壓變化Fig.15Voltage change for small active area single cells with different materials in long-term operation(下轉(zhuǎn)第501頁(yè)電 源 技 術(shù) 研 究 與 設(shè) 計(jì) 導(dǎo)電復(fù)合材料孔徑范圍的測(cè)試結(jié)果 水 我 們 對(duì) 石 墨 的 體 積 百 分 比

31、為 、 與 水 泥 的 質(zhì) 量 比 為 、 電 導(dǎo) 率 為 孔 徑 大 小 ， 其 結(jié) 果 如 表 。 料的電導(dǎo)率能滿(mǎn)足其用于燃料電池雙極板的要求。 （） 模 壓 時(shí) 間 對(duì) 導(dǎo) 電 復(fù) 合 材 料 的 電 導(dǎo) 率 和 孔 隙 率 有 很 大 的影響， 須要進(jìn)一步摸索出一個(gè)最佳的模壓時(shí)間。 的試樣采用壓汞儀測(cè)試 （） 綜 合 考 慮 導(dǎo) 電 復(fù) 合 材 料 的 電 導(dǎo) 率 和 混 合 過(guò) 程 中 的 拌 和 性 ， 水 與 水 泥 的 質(zhì) 量 比 在 左 右 比 較 合 適 。 （） 導(dǎo) 電 復(fù) 合 材 料 的 孔 徑 小 于 ， 含 水 率 在 （ 質(zhì) 量 $ 分 數(shù)）左 右 ， 在 燃 料 電 池 運(yùn) 行 過(guò) 程 中 能 對(duì) 質(zhì) 子 交 換 膜 進(jìn) 行 內(nèi) 增 濕。 參考文獻(xiàn) ： 林 宗