具有低接触电阻的燃料电池双极板用Ti-Al-Ta合金

作     者：宋梦凡 王清 董闯 

作者机构：大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室 大连交通大学材料科学与工程学院 

出 版 物：《材料工程》 (Journal of Materials Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点基础研究项目基金项目(No.2020JCJQZD165) 大连市科技创新基金重点学科重大课题(No.2020JJ25CY004) 

主　　题：钛合金 双极板 耐蚀性 界面接触电阻 钝化膜 

摘      要：表面制备涂层后的钛及钛合金作为质子交换膜燃料电池双极板具有优良的综合性能，但裸板在服役过程中会形成导电性不良的钝化膜，降低了整机效率。本文研究α型耐蚀钛合金Ti35（Ti5Ta）及其Al合金化的可行性，试图在保证耐蚀性的前提下，提高裸板的导电性。利用团簇式成分设计方法，结合相图上的最高固溶度，设计了成分为Ti-7Ta、T-i8.3Ta、Ti-9.6Ta三种Ti-Ta合金以及成分为Ti-2.6Al-5.8Ta、Ti-3.8Al-8.6Ta、Ti-5Al-11.3Ta三种Ti-Al-Ta合金。测试结果可知，在模拟阴极服役环境(0.5 mol/L H2SO4+ 2 ×10-6HF)0.6 V（vs SCE）下恒电位极化4 h，所设计合金阴极极化电流密度均小于参照合金TC4，其中Ti-8.3Ta 合金最小为0.72 μA/cm2。在1.5 MPa加载压力下，随着Ta含量的增加，接触电阻ICR值逐渐降低，且均优于纯钛和TC4合金，Ti-3.8Al-8.6Ta 合金的接触电阻最小，为18.34 mΩ·cm-2，其阴极极化电流密度为0.91 μA/cm2。综上表明，Ta和Al的适量添加能够有效提升钛合金双极板的服役性能，有望实现无涂层制备的钛合金双极板材料。