一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法技术

本发明专利技术涉及一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，该方法包括以下步骤：在三电极体系的电化学测试装置中，对金属双极板涂层进行阻抗测试，得到Nyquist图；根据Nyquist图，进行金属双极板涂层的等效电路模拟，确定电路中各组件的数值；将拟合得到的金属双极板涂层覆盖基材完好时的电荷转移阻抗R

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池质检领域，具体涉及一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法。

技术介绍

[0002]燃料电池双极板又叫流场板，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。从功能上要求双极板材料是电与热的良导体、具有一定的强度以及气体致密性等；稳定性方面要求双极板在燃料电池酸性、电位、湿热环境下具有耐腐蚀性且对燃料电池其他部件与材料的相容无污染性；产品化方面要求双极板材料要易于加工、成本低。
[0003]目前针对PEM燃料电池金属双极板的耐腐蚀性能的评测，一般是基于美国能源部(DOE)于2017年所颁布的标准，进行测试。该测试普遍是离线，破坏性测试。例如，将金属双极板置于弱酸体系中，外加一定电压，进行腐蚀电流密度的测试。以得到的腐蚀电流密度是否低于DOE标准中为基准，评价金属双极板涂层的耐腐蚀性能。这样的测试虽然能够准确评价金属双极板的耐腐蚀性能，但由于极板样品需要浸泡在弱酸并被施加一定的电压，这往往会造成极板样品测试区域内的腐蚀。因此，极板样品在完成以上测试后，无法继续被应用于电堆中。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够解决快速、无损检查金属不锈钢极板表面涂层耐腐蚀性能是否良好；经过该无损、快速的检测手段检测金属极板样表面不会被破坏，能够继续正常应用于电堆中的燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]专利技术人了解到，电化学阻抗测试是一种快速、无损的测评方法。该方法适用于极板样品的快速抽检，电堆耐久测试后的极板样品快速检测。电化学阻抗测试评价后的极板样品，不会被该测试方法破坏其表面形貌及性能，因此，不影响其后续的继续使用，于是提出如下具体方案：
[0007]一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，该方法包括以下步骤：
[0008]在三电极体系的电化学测试装置中，对金属双极板涂层进行阻抗测试，得到Nyquist图；
[0009]根据Nyquist图，进行金属双极板涂层的等效电路模拟，确定电路中各组件的数值；
[0010]将拟合得到的金属双极板涂层覆盖基材完好时的电荷转移阻抗R
ct
数值，标定为基准值；
[0011]将双极板使用后，再进行阻抗测试，将电荷转移阻抗R
ct
与基准值进行对比，评价金
属双极板涂层的耐腐蚀性能。
[0012]进一步地，金属双极板涂层的等效电路模拟具体包括以下步骤：
[0013](1)在不锈钢固液界面通过拟合Nyquist图，得到不锈钢固液界面等效电路图；
[0014](2)再结合不锈钢固液界面等效电路图和金属双极板涂层的Nyquist图得到金属双极板涂层的等效电路图。
[0015]进一步地，所述的不锈钢固液界面等效电路图中，双电子层电容C
dl
与电荷转移阻抗R
ct
并联后与溶液阻抗R
b
串联。
[0016]进一步地，所述的金属双极板涂层的等效电路图中，双电子层电容C
dl
与电荷转移阻抗R
ct
并联后与极化阻抗R
p
串联，得到第一支路，该第一支路与涂层电容C
c
并联后再与溶液阻抗R
b
串联。
[0017]进一步地，所述的三电极体系的电化学测试装置中以聚四氟乙烯为容器，Pt作为对电极，Hg/Hg2SO4作为参比电极。
[0018]进一步地，所述的三电极体系的电化学测试装置中包括腐蚀测试液。
[0019]进一步地，所述的腐蚀测试液为pH＝3，0.1ppm HF与H2SO4的混合酸液。
[0020]进一步地，阻抗测试时，将整个测试体系静置半小时以上，在温度为75
‑
85℃下进行测试。
[0021]进一步地，阻抗测试时，等待测试体系达到准稳态后，进行恒电压阻抗测试，具体设置如下：在开路电压下，即0V vs.OCP，设置频率变化范围为1mHz
‑
1MHz，同时提供AC振幅为5
‑
50mV rms。
[0022]进一步地，与基准值进行对比时，如果后者的R
ct
明显小于基准值，表明涂层有剥落现象，或者覆盖基底不完全。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024](1)本测试方法采用三电极体系的电化学测试装置，无需其他特殊装置。本测试方法无需外加大电压，在开路电压下进行测试，这对于金属双极板涂层的检查是一种无损的测试方法。如果涂层的电荷转移阻抗R
ct
能够符合要求，该金属双极板能够继续被应用于PEM燃料电池电堆中使用；
[0025](2)本测试方法在开路电压下，对材料体系外加微小的交流电压，测试得到相应的电流：
[0026]E(t)＝E0sin(ωt)
[0027][0028]电压与电流的比值，就是相应的阻抗值。
[0029][0030]根据Euler公式的变换，最终阻抗值可以分别由Z
real
(实数部)和Z
imag
(虚数部)进行表达：
[0031][0032]其中，
[0033]最后可以得到如图3所示的Nyquist图；
[0034](3)本专利技术中，在通过拟合Nyquist图来模拟金属极板表面腐蚀情况时，电荷转移阻抗R
ct
一般出现在中低频区域；当涂层遭到腐蚀破坏后，其界面的氧化还原转台的改变，使得R
ct
与C
dl
的结合表现出明显的差异性，通过比对涂层的R
ct
，对涂层进行快速评估。
附图说明
[0035]图1为实施例1中金属双极板的不锈钢基底和涂层与腐蚀测试液的固液界面图，以及基于固液界面的物理模型所建立的等效电路图；
[0036]图2为实施例1中不锈钢和带涂层的金属极板的固液界面的等效电路图；
[0037]图3为实施例1中不锈钢金属极板和带涂层的金属极板电化学阻抗后得到的固液界面的Nyquist图及等效电路图拟合后的曲线；
[0038]图4为实施例1中不锈钢金属极板及有涂层的金属双极板电化学阻抗分析后的电荷转移阻抗对比图；
[0039]图5为实施例1中涂层剥落前以及涂层剥落后的形貌；
[0040]图6为实施例1中带有涂层的金属双极板阻抗测试前后无损测试图。
具体实施方式
[0041]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0042]实施例1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在三电极体系的电化学测试装置中，对金属双极板涂层进行阻抗测试，得到Nyquist图；根据Nyquist图，进行金属双极板涂层的等效电路模拟，确定电路中各组件的数值；将拟合得到的金属双极板涂层覆盖基材完好时的电荷转移阻抗R
ct
数值，标定为基准值；将双极板使用后，再进行阻抗测试，将电荷转移阻抗R
ct
与基准值进行对比，评价金属双极板涂层的耐腐蚀性能。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，其特征在于，金属双极板涂层的等效电路模拟具体包括以下步骤：(1)在不锈钢固液界面通过拟合Nyquist图，得到不锈钢固液界面等效电路图；(2)再结合不锈钢固液界面等效电路图和金属双极板涂层的Nyquist图得到金属双极板涂层的等效电路图。3.根据权利要求2所述的一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，其特征在于，所述的不锈钢固液界面等效电路图中，双电子层电容C
dl
与电荷转移阻抗R
ct
并联后与溶液阻抗R
b
串联。4.根据权利要求2所述的一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法，其特征在于，所述的金属双极板涂层的等效电路图中，双电子层电容C
dl
与电荷转移阻抗R
ct
并联后与极化阻抗R
p
串联，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓颖，徐一凡，唐厚闻，李红涛，白云飞，孔令兴，
申请(专利权)人：上海氢晨新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：