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| 內容簡介： |
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本文主要介绍了质子交换膜燃料电池金属双极板的表面防护技术。概述了质子交换膜燃料电池的工作原理、组成部件及其失效机制和现有的双极板材料；对比阐述了合金元素及腐蚀介质对于金属双极板腐蚀行为的影响；主要论述了金属双极板表面导电聚合物涂层、过渡金属碳氮化物涂层、氧化物及贵金属涂层、碳（石墨）涂层的制备及性能。本书可供从事质子交换膜燃料电池、新能源材料、金属的腐蚀防护等领域的科研人员与技术人员参考，也可供高等学校相关专业的师生参阅。
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第1章质子交换膜燃料电池概述0011.1引言0011.2燃料电池及其分类0011.2.1碱性燃料电池0021.2.2磷酸燃料电池0021.2.3熔融碳酸盐燃料电池0031.2.4固态氧化物燃料电池0031.2.5质子交换膜燃料电池0041.3质子交换膜燃料电池0041.3.1质子交换膜燃料电池的工作原理0041.3.2质子交换膜燃料电池的特性0051.3.3质子交换膜燃料电池的组成及失效机制0071.4双极板材料0121.4.1碳（石墨材料）0121.4.2复合双极板0131.4.3金属双极板0131.5金属双极板的腐蚀与防护0141.5.1金属双极板的腐蚀0141.5.2金属双极板的表面防护涂层015参考文献017第2章金属双极板的腐蚀行为0212.1引言0212.2质子交换膜燃料电池金属双极板的腐蚀性离子来源0212.3合金元素对金属双极板腐蚀行为的影响0232.4腐蚀离子浓度及pH值对不锈钢腐蚀行为的影响0352.5加工方法对金属双极板腐蚀行为的影响0452.6其他金属双极板的腐蚀行为0482.6.1非晶合金0482.6.2钛0492.6.3铝0492.6.4铜050参考文献051第3章导电聚合物涂层金属双极板的制备及性能0543.1引言0543.2导电聚合物的结构及分类0543.3导电聚合物材料的合成0553.3.1化学合成0553.3.2电化学合成0553.4导电聚合物的掺杂机制0563.5导电聚合物的耐蚀和导电机理0573.5.1导电聚合物的耐蚀机理0573.5.2导电聚合物的导电机理0583.6电化学合成方法对导电聚合物涂层不锈钢双极板腐蚀性能的影响0593.6.1电化学合成方法对聚苯胺涂层金属双极板性能的影响0603.6.2电化学合成方法对聚吡咯涂层金属双极板性能的影响0673.7表面活性剂掺杂导电聚合物涂层不锈钢双极板的制备与性能0713.7.1表面活性剂掺杂的聚苯胺涂层不锈钢双极板的制备与性能0713.7.2表面活性剂掺杂的聚吡咯涂层不锈钢双极板腐蚀性能的影响0773.8热处理对导电聚合物性能的影响083参考文献083第4章复合导电聚合物涂层不锈钢双极板的制备与性能0874.1引言0874.2复合导电聚合物涂层不锈钢双极板的制备工艺0884.3复合导电聚合物涂层不锈钢双极板的性能0894.3.1电化学性能0894.3.2腐蚀性能0904.3.3接触电阻0964.3.4腐蚀机理0964.4复合导电聚合物涂层不锈钢双极板在模拟PEMFC环境中的腐蚀行为0974.4.1复合导电聚合物涂层不锈钢双极板在模拟PEMFC阴极环境中的腐蚀行为0984.4.2复合导电聚合物涂层不锈钢双极板在模拟PEMFC阳极环境中的腐蚀行为101参考文献104第5章金属双极板表面过渡金属碳氮化物涂层的制备、结构及特性1065.1引言1065.2金属双极板表面过渡金属碳氮化物涂层的制备技术及性能1065.2.1金属双极板表面过渡金属碳氮化物涂层的制备技术1065.2.2金属双极板表面过渡金属碳氮化物涂层的结构及特性1085.3氮化处理工艺及氮化、铬化处理的金属双极板的表面结构与特性1345.3.1金属双极板表面氮化处理工艺1345.3.2氮化及铬化处理的金属双极板的表面结构及特性135参考文献150章6章贵金属及氧化物涂层金属双极板的制备与性能1546.1前言1546.2氧化物涂层金属双极板的制备与性能1546.3贵金属涂层金属双极板的制备与性能158参考文献162第7章碳（石墨）涂层金属双极板的制备与性能1647.1前言1647.2碳（石墨）涂层金属双极板的制备方法1647.2.1离子束沉积法1647.2.2等离子体增强化学气相沉积法1657.3碳（石墨）涂层金属双极板的制备与性能165参考文献175
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1.3.2.2质子交换膜燃料电池的温度特性质子交换膜决定了PEMFC的温度特性。对于目前使用较多的Nafion系列膜，当电池温度过80℃时，其热稳定性与质子传导性能将明显下降。燃料电池的工作温度对于其性能的影响如下图所示。随着温度升高，电极的欧姆电阻值下降。在相同的电流密度条件下，燃料电池的电压也随着增大，燃料电池的功率也随着增大。另外，温度升高，可以加快反应气体的扩散速度，加速质子从阳极向阴极运动，同时促进生成物水的排出。DOW公司开发的新型的质子交换膜将PEMFC的工作温度提高10-20℃。低温PEMFC存在很多无法克服的困难，如水热管理系统复杂、其对环境尤其是CO的适应性差。高温PEMFC工作温度90℃将大大简化电池堆的水热管理系统，提高催化剂活性和利用率，增强催化剂抗CO能力[2]。1.3.2.3质子交换膜燃料电池的压力特性如前所述，电池内的反应气体压力愈大，PEMFC的功率密度愈高。一般而言，质子交换膜两侧的气体压力需保持相同，以避免气体扩散通过交换膜，导致电池电压下降，甚至导致氢氧混合爆炸。有研究表明[9]：采用H2O2为反应气体时的电池工作电压显著高于H2空气系统，而且在低电流密度时出现V-i线性区的偏离，这主要是由于空气中的氧分压较低及“氮阻碍效应”引起，都将降低PEMFC的性能。1.3.3质子交换膜燃料电池的组成及失效机制PEMFC的组成如图1.5所示，其基本组成主要是由两个催化剂层和一层质子交换膜组成。通氢气（或含氢的燃料）侧为阳极，通氧气或空气侧为阴极。生成的水和电子被带走。实际上需要强度高且相当复杂的双极板。双极板也有助于在高功率的电池散热。根据功率大小，电池的表面积从几平方厘米到1平方米。双极板必须与催化剂有良好的接触。在较宽的温度范围内，双极板保持着较高的催化剂容积率。解决的途径之一就是在双极板之间和催化剂之间加一层碳布。碳布可使气态水到达反应区，且是较好的电子导体。由于材质较软且圆滑，可弥补双极板表面尺寸上的缺陷，降低所需要的容积率，因而可降低双极板的成本。除了PEMFC本体外，PEMFC系统还包括燃料及其循环系统、氧化剂及其循环系统、水热管理系统等辅助系统。
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