Revestir uma camada de revestimento condutor resistente à corrosão na superfície de titânio pode efetivamente evitar a formação de filme de óxido na superfície da placa bipolar de titânio e atender aos requisitos de desempenho da placa de eletrodo. Além da resistência à corrosão e excelente condutividade elétrica, o revestimento também precisa ter boa resistência de ligação com o substrato.
eletrodo de titânio
ânodo de titânio revestido
Ao mesmo tempo, como a temperatura do PEMFC varia entre a temperatura ambiente e 80 graus, o revestimento e o material do substrato precisam ter coeficientes de expansão térmica semelhantes. Para evitar delaminação e rachaduras do revestimento durante o processo de mudança de temperatura, a proteção do material será perdida.
Os revestimentos comumente usados são divididos principalmente em 2 categorias, ou seja, revestimentos à base de metal (metais preciosos, metal-carbono/nitreto) e revestimentos à base de carbono (grafite, polímeros condutores, carbono amorfo, etc.).
Parâmetros de desempenho de placas bipolares de titânio com diferentes revestimentos
Como uma parte importante das células de combustível de hidrogênio, as placas bipolares desempenham um papel decisivo no desempenho, custo e durabilidade da célula. As duas questões importantes que atualmente restringem a comercialização de células de combustível de hidrogênio são custo e durabilidade, e o custo de placas bipolares é determinado até certo ponto pelo material do eletrodo, processamento do campo de fluxo e processo de preparação do revestimento do eletrodo.
Os materiais compósitos à base de grafite e carbono não podem mais atender aos requisitos das células de combustível de hidrogênio em termos de desempenho, e os materiais metálicos agora se tornaram os principais materiais para placas bipolares de células de combustível de hidrogênio. Além disso, alta potência sempre foi a busca de células de combustível de hidrogênio. Titânio e ligas de titânio em materiais metálicos possuem baixa densidade e alta resistência específica e excelente resistência à corrosão em células a combustível de hidrogênio, o que pode reduzir significativamente o peso e o volume das placas bipolares. A potência específica de massa e a potência específica de volume da bateria são significativamente melhoradas, e os produtos de corrosão gerados por titânio e ligas de titânio durante a operação de serviço de longo prazo são menos tóxicos para modos de troca de prótons e catalisadores, o que é propício para melhorar a estabilidade e durabilidade da operação da bateria.
Os revestimentos de metal-carbono/nitreto e carbono amorfo preparados na superfície de placas bipolares de titânio têm excelentes propriedades abrangentes e alto valor de pesquisa e aplicação. No entanto, esses revestimentos são propensos a defeitos de orifício, portanto, o principal objetivo da pesquisa atual é melhorar a compacidade do revestimento, a resistência da ligação filme-base e a condutividade da superfície do revestimento. Além disso, o revestimento deve apresentar boa hidrofobicidade para facilitar o escoamento da água produzida pela reação.
Para atender a essas propriedades abrangentes, requisitos mais elevados são colocados no projeto estrutural e na composição organizacional do revestimento. O compósito e a nanoestrutura da estrutura do revestimento podem melhorar a densidade, a resistência à corrosão e a condutividade elétrica do revestimento até certo ponto, além de aumentar a estabilidade e a confiabilidade do serviço da placa de titânio, que é a principal direção do desenvolvimento futuro.
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