Các thông số hiệu suất của các tấm lưỡng cực titan với các lớp phủ khác nhau

Phủ một lớp sơn chống ăn mòn dẫn điện lên bề mặt titan có thể tránh được sự hình thành màng oxit trên bề mặt của tấm lưỡng cực titan một cách hiệu quả và đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của tấm điện cực. Ngoài khả năng chống ăn mòn và dẫn điện tuyệt vời, lớp phủ cũng cần có độ bền liên kết tốt với chất nền. Đồng thời, vì nhiệt độ của PEMFC sẽ thay đổi giữa nhiệt độ phòng và 80bằng cấpC, lớp phủ và vật liệu nền cần phải có hệ số giãn nở nhiệt tương tự nhau. Để tránh sự tách lớp và nứt lớp phủ trong quá trình thay đổi nhiệt độ, sẽ làm mất khả năng bảo vệ vật liệu.

Các lớp phủ thường được sử dụng chủ yếu được chia thành 2 loại, đó là lớp phủ dựa trên kim loại (kim loại quý, carbon/nitride kim loại) và lớp phủ dựa trên carbon (than chì, polyme dẫn điện, carbon vô định hình, v.v.).

Các thông số hiệu suất của các tấm lưỡng cực titan với các lớp phủ khác nhau

Là một phần quan trọng của pin nhiên liệu hydro, các tấm lưỡng cực đóng vai trò quyết định đến hiệu suất, giá thành và độ bền của pin. Hai vấn đề quan trọng hiện đang hạn chế việc thương mại hóa pin nhiên liệu hydro là chi phí và độ bền, và chi phí của các tấm lưỡng cực được xác định ở một mức độ nhất định bởi vật liệu điện cực, quy trình xử lý trường dòng chảy và quy trình chuẩn bị lớp phủ điện cực.

Vật liệu composite dựa trên than chì và carbon không còn có thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất của pin nhiên liệu hydro và vật liệu kim loại hiện đã trở thành vật liệu chủ đạo cho các tấm lưỡng cực của pin nhiên liệu hydro. Ngoài ra, pin nhiên liệu hydro luôn theo đuổi công suất cao. Hợp kim titan và titan trong vật liệu kim loại có mật độ thấp và độ bền riêng cao, đồng thời có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong pin nhiên liệu hydro, có thể làm giảm đáng kể trọng lượng và thể tích của các tấm lưỡng cực. Công suất cụ thể theo khối lượng và công suất cụ thể theo thể tích của pin được cải thiện đáng kể và các sản phẩm ăn mòn do titan và hợp kim titan tạo ra trong quá trình vận hành lâu dài ít độc hại hơn đối với các chế độ trao đổi proton và chất xúc tác, có lợi cho việc cải thiện độ ổn định và độ bền hoạt động của pin.

Các lớp phủ carbon/nitride kim loại và carbon vô định hình được chuẩn bị trên bề mặt của các tấm lưỡng cực titan có đặc tính toàn diện tuyệt vời và có giá trị nghiên cứu và ứng dụng cao. Tuy nhiên, các lớp phủ này dễ bị khuyết tật lỗ kim, vì vậy mục tiêu chính của nghiên cứu hiện tại là cải thiện độ đặc của Lớp phủ, độ bền liên kết giữa màng và độ dẫn điện của bề mặt lớp phủ. Ngoài ra, lớp phủ phải có tính kỵ nước tốt để tạo điều kiện cho việc xả nước do phản ứng tạo ra.

Để đáp ứng các đặc tính toàn diện này, các yêu cầu cao hơn được đặt ra đối với thiết kế cấu trúc và thành phần tổ chức của lớp phủ. Cấu trúc composite và nano của cấu trúc lớp phủ có thể cải thiện mật độ, khả năng chống ăn mòn và độ dẫn điện của lớp phủ ở một mức độ nhất định, đồng thời nâng cao độ ổn định và độ tin cậy của dịch vụ của tấm titan, đây là hướng phát triển chính trong tương lai.