Das Beschichten einer Schicht aus leitfähiger und korrosionsbeständiger Beschichtung auf der Oberfläche von Titan kann die Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche der Bipolarplatte aus Titan effektiv vermeiden und die Leistungsanforderungen der Platte erfüllen. Neben Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichneter elektrischer Leitfähigkeit benötigt die Beschichtung auch eine gute Haftfestigkeit mit der Matrix. Da sich die Temperatur von PEMFC bei Raumtemperatur und etwa 80 ° C ändert, ist es gleichzeitig erforderlich, dass das Beschichtungs- und Matrixmaterial ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, um eine Delaminierung und Risse im Prozess der Temperaturänderung zu vermeiden, wodurch der Schutz verloren geht des Materials.
Üblicherweise verwendete Beschichtungen werden in zwei Kategorien eingeteilt: Beschichtungen auf Metallbasis (Edelmetalle, Metall-Kohlenstoff/Nitrid) und Beschichtungen auf Kohlenstoffbasis (Graphit, leitfähige Polymere, amorpher Kohlenstoff usw.).
Leistungsparameter verschiedener beschichteter Titan-Bipolarplatten
Als wichtiger Bestandteil der Wasserstoff-Brennstoffzelle spielt die Bipolarplatte eine entscheidende Rolle für Leistung, Kosten und Haltbarkeit der Zelle. Kosten und Haltbarkeit sind zwei wichtige Punkte, die die Kommerzialisierung von Wasserstoffbrennstoffzellen einschränken. Die Kosten von Bipolarplatten hängen bis zu einem gewissen Grad vom Material der Platten, der Strömungsfeldverarbeitung und dem Vorbereitungsprozess der Plattenbeschichtung ab.
Verbundwerkstoffe aus Graphit und Kohlenstoffmatrix können die Leistungsanforderungen der Wasserstoff-Brennstoffzelle nicht mehr erfüllen. Metallmaterialien sind zu den Mainstream-Materialien für Bipolarplatten der Wasserstoffbrennstoffzelle geworden. Außerdem war eine hohe Leistung immer das Ziel von Wasserstoffbrennstoffzellen. Titan und Titanlegierungen in Metallwerkstoffen haben eine geringe Dichte und eine hohe spezifische Festigkeit. Sie haben eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in Wasserstoff-Brennstoffzellen und können das Gewicht und Volumen von Bipolarplatten erheblich reduzieren, was die massen- und volumenspezifische Leistung der Batterie erheblich verbessert. Darüber hinaus sind Korrosionsprodukte, die von Titan und Titanlegierungen während eines Langzeitbetriebs erzeugt werden, weniger toxisch für den Protonenaustauschmodus und Katalysatoren, was der Verbesserung der Stabilität und Haltbarkeit des Batteriebetriebs förderlich ist.
Beschichtungen aus Metallkohlenstoff/Nitrid und amorphem Kohlenstoff, die auf der Oberfläche von Titan-Bipolarplatten hergestellt werden, haben überlegene umfassende Eigenschaften und einen hohen Forschungs- und Anwendungswert. Diese Beschichtungen sind jedoch anfällig für Nadelstichdefekte. Daher bestehen die Hauptziele der aktuellen Forschung darin, die Kompaktheit von Beschichtungen, die Haftfestigkeit der Filmmatrix und die Oberflächenleitfähigkeit von Beschichtungen zu verbessern. Außerdem sollte die Beschichtung hydrophob sein, um das Abführen von reaktionserzeugtem Wasser zu erleichtern.
Um diesen umfassenden Eigenschaften gerecht zu werden, werden höhere Anforderungen an die konstruktive Gestaltung und die Zusammensetzung der Beschichtung gestellt. Die Verbund- und Nanostruktur der Beschichtung kann die Kompaktheit, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit der Beschichtung bis zu einem gewissen Grad verbessern und die Betriebsstabilität und Zuverlässigkeit der Titanplatte verbessern, was die wichtigste Entwicklungsrichtung der Zukunft ist.
