随着全球对清洁能源的需求日益增长,燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换装置受到了广泛关注。燃料电池通过电化学反应将燃料(如氢气)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能,具有能量转换效率高、环境友好等优点。在燃料电池的众多组件中,双极板扮演着至关重要的角色。双极板不仅起到分隔燃料和氧化剂的作用,还为电极提供机械支撑,同时要具备良好的导电性,以确保电池内部电流的有效传导。
金属双极板由于其良好的机械性能、加工性能和低成本等优势,成为了燃料电池商业化发展的一个重要研究方向。与传统的石墨双极板相比,金属双极板可以做得更薄,从而在一定程度上减小燃料电池的体积和重量,提高功率密度。然而,金属双极板在燃料电池的酸性或碱性工作环境中容易受到腐蚀。这种腐蚀问题不仅会降低双极板自身的性能,如导致其导电性下降,还会向燃料电池的电极和电解质中释放金属离子,进而毒化电极催化剂,降低燃料电池的整体性能和寿命。
为了解决金属双极板的腐蚀问题,目前已经发展了多种防腐蚀方法,如表面涂层、合金化等。表面涂层技术虽然可以在一定程度上提高金属双极板的耐腐蚀性,但涂层在长期使用过程中可能会出现剥落、裂纹等问题,影响其保护效果。合金化方法则可能会改变金属的其他性能,并且可能无法完全满足复杂工作环境下的耐蚀要求。在这种情况下,原位钝化作为一种新兴的防腐蚀策略受到了越来越多的关注。原位钝化是指在金属双极板的工作环境中,通过特定的化学或电化学过程,在其表面形成一层具有保护作用的钝化膜,从而提高其耐腐蚀性。
通过原位钝化研究,可以有效地减少金属双极板在燃料电池工作过程中的腐蚀程度。这有助于保持双极板良好的导电性和机械性能,使得燃料电池内部的电流传输更加稳定和高效。同时,降低腐蚀程度可以避免金属离子对电极催化剂的毒化作用,从而提高电极的催化活性,最终提高燃料电池的整体性能,延长其使用寿命。例如,经过优化的原位钝化处理后,燃料电池的输出功率可能会提高一定比例,并且在长时间运行过程中性能衰退的速度明显减慢。
金属双极板原位钝化技术的成功开发将有助于克服金属双极板腐蚀这一关键问题,进一步发挥金属双极板在成本、性能等方面的优势。这将使燃料电池在成本上更具竞争力,有利于大规模生产和商业化应用。例如,在汽车燃料电池领域,降低成本和提高可靠性是实现燃料电池汽车广泛推广的关键因素,金属双极板原位钝化技术可以在这方面发挥重要作用,推动燃料电池汽车从实验室走向市场,减少对传统燃油汽车的依赖,为环境保护和能源转型做出积极贡献。