为什么燃料电池像女人一样钟情于“铂金”

前段时间，听了大连理工大学教授关于双极板涂层的一个报告，其中一个“常识性”的知识点对我认知双极板有了质的飞跃。一个物体的抗腐蚀性与导电性是相对矛盾的，就是说：导电性好，抗腐蚀性就差；抗腐蚀性好，导电性就差。例如，陶瓷制品，可以传承千年不腐，所以高压输送绝缘件就是陶瓷做的。燃料电池的工作环境是酸性的，这就要求双极板必须抗腐蚀性要高，同时双极板又要将产生的电流输送出去，这就要求双极板必须导电性好。所以，金属双极板的核心关键技术就是如何平衡金属材料的耐腐蚀与导电性能。金属的腐蚀一般可分为三种：物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀。物理腐蚀是机械的相互作用造成的，对于双极板来说主要是应力腐蚀，应力腐蚀是指在冲压生产过程中，导致的应力集中，从而产生位错、空位、晶界等。目前我了解到的，行业里对双极板应力消除就是进行热处理，应力还影响到双极板的翘曲度。化学腐蚀是金属表面与介质如气体或非电解质液体等直接发生化学作用而引起的破坏，其特点是金属直接将电子传递给氧化剂，没有产生电流。电化学腐蚀是金属表面在介质如潮湿空气或电解质溶液中因形成微电池而发生电化学作用引起的腐蚀，其特点在于它的腐蚀历程可以分为两个相对独立并且同时进行的过程，形成一个混合电位体系。微电池定义：是指由同一钢筋提供阴极和阳极的锈蚀电池，阳极为钢筋未生锈部分，阴极为钢筋上铁的氧化物；原理：在整个金属表面上存在着许多微小的阴极和阳极,也就形成很多微小的原电池,这些微小的原电池即称为微电池.电池不断发生反应生成腐蚀产物,即电化学腐蚀现象。这个电化学腐蚀产生的电流就是腐蚀电流，双极板是面积腐蚀，评价双极板腐蚀性能的物理量就叫做腐蚀电流密度，其值的大小反应了双极板腐蚀速率的快慢。对于电流，我的认知还停留在定义上的理解，就是有大小有方向，方向就是不同物体之间的流动，这个认知也导致我初期对腐蚀电流研习进入到了一个死胡同，初期以为腐蚀电流要跟随工作电流，从阴极到阳极。当时还有困扰我的一个问题就是腐蚀电流虽小，是不是被包含在工作电流中了。后来才领悟到，腐蚀电流就是腐蚀与不腐蚀之间的流动，是金属表面流过的电流，其大小取决于电化学腐蚀反应的速率和电解质溶液中的离子浓度。跟工作电流没啥关系。腐蚀电流密度让我想到了另一个概念，曾经也困扰我一段时间，那就是交换电流密度。它们俩很像，交换电流密度也是对于同一个电极而言的，并不是阴阳两极之间的交换，其次交换电流密度也是电极自身活跃度的一个评价数据，交换电流密度越大，说明燃料电池大电流放电性能越好。不同的地方是，交换电流密度是开路状态下的。我曾经思考过这样一个问题，就是燃料电池学习资料中经常出现电极这样一个定义，那燃料电池的电极具体指的是什么呢？关于这个问题，我最终在化物所专家那里得到了明确的回复，燃料电池的电极指的是催化层。目前行业里双极板大部分采用的是不锈钢的，不锈钢双极板在阴极氧化性气氛下表面会形成一层具有电子导电性的氧化膜，它可以依靠导带中的电子或价带中的空穴流过电子电流，而离子电流却很难通过，同时这层氧化膜本身在溶液中的溶解速率很小。因此能够阻止极板合金元素溶解。但这种膜具有半导体性质，其厚度在阴极氧化性气氛下的增加会增大该侧的接触电阻。在阳极的还原性气氛下，不锈钢双极板常不能形成保护性氧化膜，腐蚀会导致金属以离子的形式溶解在溶液中或生成导电性较差的腐蚀产物吸附在金属表面。鱼和熊掌要兼得的技术难点，目前行业里有两个成功上乘用车的解决方向，一是丰田Mrai，采用钛基板替代不锈钢，采用碳纳米复合钛预涂层，同时解决了加工成本问题；另一个是现代NEXO，直接改良不锈钢材料，不用涂层。今天算是解决了自己一个心病，就是对于腐蚀电流的理解终于整明白了，关于其他的以后再深度研习记录吧。这次的学习记录就写到这，难免会有差错，仅供参考。来源：闲村野夫