PEMFCs金属极板表面改性MAX相涂层的制备与应用研究进展

作     者：张家阅 马冠水 王开杭 李淑钰 李昊 陈嫦颖 王振玉 汪爱英 ZHANG Jiayue;MA Guanshui;WANG Kaihang;LI Shuyu;LI Hao;CHEN Changying;WANG Zhenyu;WANG Aiying

作者机构：宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第15期

页      面：1-20,33页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目资助(52025014) 浙江省自然科学基金资助项目(LD24E010003) 宁波市自然科学基金(2023J410) 

主　　题：质子交换膜燃料电池 金属双极板 MAX相涂层 导电性能 耐腐蚀性能 

摘      要：金属双极板是质子交换膜燃料电池系统的关键组件,但在酸性环境中易腐蚀、导电性能退化、寿命短。Mn+1AXn(MAX)相涂层作为具备金属高导电性和陶瓷耐蚀抗氧化性的材料,在改性金属双极板涂层研究中备受关注。综述了金属双极板表面防护MAX相涂层材料与应用技术的最新研究进展。MAX相涂层的制备方法多样,包括化学气相沉积、物理气相沉积、固相反应和喷涂制备等方法。针对不同的制备方法,详细描述了MAX相涂层的制备过程,并阐述了不同制备方法对MAX相涂层材料的表面形貌和微观结构间的影响变化。特别关注了MAX相涂层在质子交换膜燃料电池中的应用,并重点分析了以Ti-Al-C、Ti-Si-C和Cr-Al-C为代表的MAX相涂层。通过电化学腐蚀测试来测量涂层在酸性环境中的腐蚀速率,以及涂层腐蚀前后的界面接触电阻测试,对涂层导电耐蚀性能的变化等进行了详细阐述。同时,对MAX相涂层的导电耐蚀机制及表/界面服役损伤机理进行了深入分析。从涂层的元素组成、晶体结构和第一性原理等方面,揭示了涂层中元素分布和相互作用对导电性能的影响。此外,还分析了晶化程度、钝化膜成分差异和原子取向等因素对涂层耐蚀性能的影响。最后,围绕目前双极板表面MAX相涂层在实际应用中存在的问题进行了探讨,并提出了未来研究的重点方向。