直接甲醇燃料电池极板改性研究

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1、摘要直接甲醇燃料电池(DMFC，DirectMethanolFuelCell)，直接以甲醇为阳极燃料，无需将甲醇重整转化为富氢气体，系统结构简单、体积能量密度高、燃料补充方便，是最适合用于便携式移动电源、车用电源等的燃料电池。本文自行设计研制了直接甲醇燃料电池测试平台，可以对电池的工作环境和操作参数进行控制，主要包括甲醇燃料和氧气的供给和控制、电池运行温度的控制和电池性能检测装置。设计并组装了DMFC单电池，利用DMFC测试平台对单电池性能进行研究，初步确定电池的运行条件。利用磁控溅射、电弧离子镀等工艺对铝合金表面进行改性处理，表面镀氮化铬、

2、氮化钛或进行复合处理，增加极板的耐腐蚀性能和导电性能，以取代直接甲醇燃料电池中的石墨极板。并利用扫描电镜对膜层进行表面形貌分析，利用IM6e型电化学工作站对改性极板试样进行电化学腐蚀检测。通过对试样的扫描电镜分析表明，改性极板的表面膜层覆盖均匀，没有产生裂纹，可以对基体形成很好的保护。电化学测试表明，改性极板的耐腐蚀性能比基体有很大的提高，在O．5mol／LH2S04+5x10咱mol／LHF室温下测试，基体试样的腐蚀电流密度为11p．A／cm2，而铝合金镀Cr／CrN涂层的腐蚀电流密度降低到3．679A／cm2，铝合金镀吲TiN涂层的腐蚀电

3、流密度为14pA／cm2，且腐蚀电位都向正移动。通过对DMFC性能测试发现，采用改性铝合金极板的电池性能较石墨极板的电池性能有很大提高，改性极板电池的最大功率可达229mW，而石墨极板电池的最大功率只有125mW，在端电压为0．4V时，改性极板电池的电流密度是石墨极板的2．5倍，达到64mA／cm2。关键词：直接甲醇燃料电池(DMFC)、轻薄型金属极板、表面改性、电流密度AbstractDirectMethanolFuelCell(DMFC)，areabletoefficientlygeneratehighpowerdensities，hav

4、esimplestructureandaddingfuelconvenience，makingthetechnologypotentiallyattractiveforcertainmobileandportableapplications．Thisarticlehasbeendevelopedtodesignadirectmethanolfuelcelltestplatform，tocontroltheoperatingparametersofthefuelcell，includingthesupplyandcontrolofmethano

5、lfuelandoxygen，thebatteryoperatingtemperatureandtheperformanceoffuelcell．ItDesignandassemblytheDMFCsinglecell，usetheDMFCtestplatformtostudytheinitialconditionsofit．Thisstudytriestoreplacegraphitebipolarplatesinfuelcellswithsurfacemodifiedaluminumalloy．Toimprovethesurfacecha

6、racteristicsofaluminumalloy,Cr-CrNandTi-TiNcoatingsweredepositedonthesubstratesbyMagnetronsputteringandArcionplatingprocess．ThemicrostructureandthecorrosionresistanceofthedevelopedcompositebipolarplateweremeasuredbySEMandI．M6eelectrochemicalworkstationtoinvestigateitssuitab

7、ilityforthedirectmethanolfuelcell．AccordingtotheSEMobservation．thedepositfilmshowfineanddense．0．5MH2S04+10ppmHFareusedascorrosionelectrolytestoevaluatethecorrosionresistanceoftheCr-CrNandTi—TiNcoatingsinattackingenvironments．Thecorrosioncurrentsdensitiesofthemodifiedplatest

8、estedare3．67肛A／cm2and141．tA／cm2，respectively．Thecorrosioncurrentsdensityofthealumi