不銹鋼雙極板在質(zhì)子交換膜燃料電池冷卻水中的腐蝕研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池是將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電裝置，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、環(huán)境友好、室溫快速啟動、無電解液流失等優(yōu)點，因此在可移動電源、固定電站及交通運輸?shù)确矫婢哂袕V闊的應(yīng)用前景。雙極板是質(zhì)子交換膜燃料電池的核心部件之一，具有支撐膜電極、均勻分布反應(yīng)氣體、集流導(dǎo)電、排出反應(yīng)區(qū)生成水以及散熱等重要功能。不銹鋼被認為是較為理想的質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板材料，這是由于不銹鋼具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、良好的機械性能、較好的氣密

2、性、易于加工以及成本低廉等優(yōu)點。目前不銹鋼雙極板研究的熱點問題之一是其在質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)區(qū)的腐蝕問題，而不銹鋼雙極板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕問題卻幾乎沒有研究。基于此，本論文根據(jù)質(zhì)子交換膜燃料電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，提出了不銹鋼雙極板在質(zhì)子交換膜燃料電池循環(huán)冷卻水中的腐蝕機理；研究了純凈去離子水在質(zhì)子交換膜燃料電池循環(huán)過程中的變化規(guī)律；通過一系列的實驗重點研究了304不銹鋼板在質(zhì)子交換膜燃料電池循環(huán)冷卻水中的腐蝕行為；探討了304不

3、銹鋼板在質(zhì)子交換膜燃料電池循環(huán)冷卻水的腐蝕行為與電壓、時間的關(guān)系。主要有以下結(jié)論：
　?。?）采用電導(dǎo)率為0.42uS?cm-1的純凈去離子水作為質(zhì)子交換膜燃料電池電堆的冷卻水，當其在電堆中循環(huán)30min時，循環(huán)冷卻水的電導(dǎo)率增大到47uS?cm-1。耦合等離子體發(fā)射光譜儀測試結(jié)果顯示循環(huán)冷卻水中含有大量的金屬元素，如 Ca、K、Na、Zn、Mg、Fe等。這表明純凈去離子水在質(zhì)子交換膜燃料電池電堆循環(huán)過程中會受到污染，摻入多種雜質(zhì)

4、離子，導(dǎo)致循環(huán)冷卻水的電導(dǎo)率增大。
　?。?）電化學(xué)測試結(jié)果表明304不銹鋼板在純凈去離子水中的電流較小，說明304不銹鋼板在純凈去離子水中的電化學(xué)穩(wěn)定性較好。但是304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的電流較大，說明304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的電化學(xué)穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生腐蝕。
　?。?）利用電解腐蝕實驗研究了304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕行為。在電壓的作用下，304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。陽極、陰極不銹鋼板表面均

5、產(chǎn)生較多的氣泡，陽極不銹鋼板出現(xiàn)了溶解現(xiàn)象，陰極不銹鋼板表面堆積了較多的棕黃色絮狀物。通過能譜儀對腐蝕產(chǎn)物進行成分分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物中含有大量的Fe、Cr、Ni、Si、O元素。
　?。?）通過進一步的實驗研究了304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕行為與電壓、時間的關(guān)系。實驗結(jié)果表明，304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕行為與電壓成正相關(guān)關(guān)系。304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕電流幾乎沒有變化，即304不銹鋼板在循環(huán)冷卻水中的腐蝕是以恒