硅烷流量对钛合金双极板表面改性碳膜性能的影响

• 作者: 张俊彦 张兴凯 张斌 牟志星 王兆龙 贾倩 高凯雄
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 钛合金 非晶碳膜 金属双极板 表面改性 燃料电池 电化学性能
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 专题——碳基强化功能薄膜材料与应用技术
• 页码范围: 76-84
• 页数: 9页
• 分类号: TG172
• 字数: 5221字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.009

摘要

目的 通过对钛合金基底进行表面改性,提高其作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)金属双极板的耐蚀导电性能.方法 通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD),调控不同的SiH4流量(0～10 mL/min),在钛基底表面制备了含硅非晶碳膜.利用电化学工作站、界面接触电阻测量仪、水接触角测量仪、纳米压痕仪,分别测试了薄膜的耐蚀性、导电性、疏水性和力学性能.通过拉曼光谱分析了腐蚀前后薄膜内部杂化比变化,并结合扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜研究了薄膜厚度、腐蚀形貌和内部结构.结果 SiH4流量为8 mL/min时,制备的含硅非晶碳膜具有最佳耐蚀性和导电性,该含硅非晶碳膜水接触角为102.91°,硬度为9.28 GPa,弹性模量为60.34 GPa,厚度为2.822μm.其动电位腐蚀电流密度为0.017μA/cm2,相比钛基底提升3个数量级(80.51μA/cm2),在1.4 MPa压力下,其界面接触电阻为47.06 mΩ·cm2.结论 硅的引入诱导非晶碳膜生成类石墨烯结构,提高了非晶碳膜的导电性能和耐蚀性能,提升了薄膜的力学性能及疏水性.用含硅非晶碳膜对钛双极板进行表面改性,有望显著提高极板的燃料电池性能.