CN114976135B - 一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统及方法 - Google Patents
一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层的耐蚀性测试系统，包括工作电极夹具模块、服役环境模拟装置、电化学工作站和计算机。该系统能模拟金属双极板及镀层在电池常规工况和启停工况下的服役环境，从而快速评价金属双极板及镀层的耐蚀性能，另外该系统还具有同时对8个样品进行电化学测试的优点。本发明还公开一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试方法，步骤包括电解液配制，样品装载，电化学测试和耐蚀性能评价。本发明有效地模拟金属双极板及镀层的服役环境，大幅度地提高金属双极板及镀层耐蚀性的评估效率，具有设备简单易控制、精确度高的特点，在汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层研究领域具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用金属材料耐蚀性测试领域，尤其涉及一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统及方法。
背景技术
近年来，由于工业、社会的发展使得新能源的应用成为一种趋势，其中，燃料电池特别是质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其无污染、效率高等特性而成为研究热点。PEMFC主要有膜电极组件、双极板等部件构成，其中双极板部件起到分离氧化剂和还原剂、收集电流、排解热量等关键作用。金属双极板因其优异的机械加工性能和良好导体成为主要的双极板材料。然而，燃料电池双极板的实际工作环境却十分苛刻(高温、强酸)，不可避免存在腐蚀，降低其导电性能，因此对金属双极板材料提出更严格要求和挑战。为应对金属双极板的腐蚀性问题，常对不锈钢基材进行镀层改性，提高其耐蚀性。然而，为检测改性后的金属双极板是否满足服役要求，需要开发一种有效地测试金属双极板耐蚀性能的装置与方法。
目前，常用燃料电池金属双极板耐蚀性能测试方法的主要为电化学测试，采用三电极体系通过测量开路电位(OCP)、腐蚀电流密度等参数，来测试其性能。如申请号为CN201711468255.0中国专利公开了一种仅通过测量燃料电池双极板材料的OCP来测定其相关性能，显然，从电化学相关理论知识可以知道，OCP仅能说明该材料的腐蚀倾向，无法定量给出腐蚀的程度，因此仅通过测量OCP并不能完整反映双极板材料的性能。申请号为CN201811501516.9中国专利公开了一种燃料电池双极板耐蚀性测试方法，采用三电极体系，通过测量恒电位下腐蚀电流随腐蚀时间的变化曲线，来测定燃料电池双极板的耐腐蚀性能。虽然该方法可以评估燃料电池双极板的耐蚀性能，但也存在较大的局限性，测试的周期长、效率低，未实现测试区域面积的定量化，更为重要的是未考虑加热条件下装置产生的变形以及缝隙腐蚀。
上述的测试方法均无法有效评价金属双极板及镀层在模拟氢燃料电池常规、启停等工况下耐蚀性能，因此需要开发一种真实有效地测定氢燃料电池金属双极板耐蚀性的系统装置，实现汽车用氢燃料电池双极板耐蚀性能的快速评估。
发明内容
发明目的：针对现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，能实现真实有效模拟燃料电池金属双极板工作环境，快速测定和评估汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层的耐蚀性能。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，该系统包括服役环境模拟装置1、电化学工作站2和计算机3，所述服役环境模拟装置包括恒温水浴锅和8个电解池4，电解池内设置有辅助电极5、位于盐桥6内的参比电极7和工作电极8，并装有电解液9；所述8个电解池4位于恒温水浴锅内；所述参比电极7位于辅助电极5和工作电极8之间，三者并排排列，并且参比电极7与工作电极8的水平距离小于参比电极7与辅助电极5的水平距离；所述辅助电极为铂电极，参比电极为银/氯化银电极Ag-AgCl，所述工作电极为夹具测试模块所夹持的金属双极板样品；所述电化学工作站2具有8个通道，每个通道由一根导线输出，该导线含有3股线，该3股线分别与电解池的辅助电极、参比电极和工作电极相连接，所述计算机用于控制电化学工作站的运行。
进一步的，每个电解池4包括玻璃槽10和树脂盖板11，所述树脂盖板表面分布排列的第一圆孔14、第二圆孔13、方孔12，并且，第二圆孔13位于第一圆孔14和方孔12之间；所述第一圆孔14用于将辅助电极5通过并伸入电解池内，所述参比电极7位于盐桥6内，所述第二圆孔13用于将盐桥6通过并伸入电解池内，所述方孔12用于将夹持金属双极板样品19的夹具测试模块15通过伸入到电解池内。
进一步的，所述夹具测试模块包括带中心圆孔陶瓷夹板16、不带中心圆孔陶瓷夹板21、垫圈20，所述垫圈置于不带中心圆孔陶瓷夹板的中心位置，所述夹具测试模块夹持金属双极板样品时，所述垫圈用于放置金属双极板样品，通过将所述带中心圆孔陶瓷夹板与不带中心圆孔陶瓷夹板放置垫圈的面紧贴固定以夹持金属双极板样品，并且夹持金属双极板样品时，带中心圆孔陶瓷夹板的圆孔与所述垫圈上放置的金属双极板样品正对。
进一步的，所述带中心圆孔陶瓷夹板和不带中心圆孔陶瓷夹板21的边缘分布有螺纹孔17，所述夹具测试模块夹持金属双极板样品时，通过螺栓与螺纹孔配合固定带中心圆孔陶瓷夹板16、不带中心圆孔陶瓷夹板21。
进一步的，所述垫圈为橡胶制品，可有效阻隔电解液进入金属双极板样品的背面，以防缝隙腐蚀的发生。
此外，本发明还提出基于所述一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统实现的金属双极板耐蚀性测试方法，该方法包括如下步骤：
(a)电解液配制
电解液9的基础溶液为0.1ppm氢氟酸溶液，并将H2SO4添加到基础溶液中，调节混合溶液的pH为3～5；
(b)样品装载
每个电解池内，在玻璃槽上方盖上树脂盖板，将裁剪成25mm×50mm大小的金属双极板样品19置于垫圈20上，调整所述带中心圆孔陶瓷夹板16的圆孔与所述垫圈上放置的金属双极板样品正对，陶瓷螺栓18穿过螺纹孔17，通过陶瓷螺栓和螺母22配合紧固所述带中心圆孔陶瓷夹板16与不带中心圆孔陶瓷夹板21上放置的垫圈所在的面，将装夹完成的夹具测试模块通过方孔12伸入到电解池内；
(c)电化学测试
打开恒温水浴锅，加入去离子水，设定实验所需温度进行加热，待其达到设定温度后，取400mL步骤(a)配制的电解液于电解池中，将装夹完成的金属双极板样品置于电解液中，将电化学工作站一端连接金属双极板样品，另一端连接计算机；
打开电化学工作站的电源开关，选择恒电位测试功能模块，并设置电位值为0.67Vvs.Ag-AgCl，进行模拟燃料电池常规工况下金属双极板样品耐蚀性能测试，获得金属双极板样品在模拟燃料电池常规工况下的腐蚀电流～时间曲线；
上述测试结束后，将电位值设置为1.43V vs.Ag-AgCl，开始模拟燃料电池启停工况下金属双极板样品耐蚀性能测试，获得金属双极板样品在模拟燃料电池启停工况下的腐蚀电流～时间曲线；
(d)耐蚀性能评价
对于上述两种工况，取金属双极板样品的腐蚀电流～时间曲线中最后10个点对应的腐蚀电流数据，记为i1，i2，i3，……i10，并由公式(1)计算该10个腐蚀电流的平均值i：
由公式(2)计算出金属双极板样品的腐蚀电流密度：
式(2)中，icorr表示金属双极板样品的腐蚀电流密度，其单位为μA cm-2；A表示样品的有效测试面积；
当icorr的值小于预设值时，则表明金属双极板样品耐蚀性能符合设计要求。
进一步的，调节恒温水浴锅的温度为25～90℃，测试时间为1～96h。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
1、本发明可以真实有效地模拟燃料电池金属双极板所服役的环境，实现燃料电池不同工况下金属双极板及镀层耐蚀性能的测试，并在传统一次只能完成1个样品的电化学测试基础上，将每次测试数量增加到8个样品的同时测试；
2、本发明提供氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，可最大程度地减小金属双极板样品测试时缝隙腐蚀的发生，保证双极板样品耐蚀性测试数据的可靠性；
3、本发明在燃料电池金属双极板材料的耐蚀性能的检测与评估领域具有广阔的应用前景。
4、本发明通过模拟氢燃料电池金属双极板的腐蚀环境，包括不同腐蚀液、pH、温度等的一种或多种环境，测量其腐蚀电流-时间曲线，真实有效地评价燃料电池常规、启停等工况下金属双极板的耐蚀性，可以显著提升氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性的评估效率，降低实验成本，满足工程的应用需求。
附图说明
图1为本发明各实施例中氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统示意图；
图2为本发明实施例一中模拟氢燃料电池常规工况下Au/TiN/SS在0.67V恒电位极化不同时间icorr–t曲线和腐蚀后的宏观形貌(a)12h,(b)24h,(c)36h,(d)48h,(e)60h,(f)72h,(g)84h和(h)96h；
图3为本发明实施例二中模拟氢燃料电池启停工况下Au/TiN/SS在1.43V恒电位极化不同时间icorr–t曲线和腐蚀后表面宏观形貌(a)1h,(b)2h,(c)3h,(d)4h,(e)5h和(f)6h；
图4Au/TiN/SS在模拟PEMFC环境H2SO4+0.1ppm HF(pH＝3)中不同温度恒电位极化(a)0.67V 24h、(b)后期腐蚀电流密度、(c)1.43V 1h和(d)后期腐蚀电流密度；
图5Au/TiN/SS在模拟PEMFC环境中不同pH浓度(pH＝3、4和5)下恒电位极化(a)0.67V 24h、(b)后期腐蚀电流密度、(c)1.43V 1h和(d)后期腐蚀电流密度。
具体实施方式
以下结合图1氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统示意图，对本发明方案做进一步说明，通过改变电化学测试参数、电解液的温度及pH值来模拟氢燃料电池金属双极板及镀层的不同服役环境，并评价Au/TiN不锈钢双极板复合镀层(简称：Au/TiN/SS)的耐蚀性能。
实施例一：
在本实施例中，参见图1，用裁刀将Au/TiN/SS样品裁剪成合适大小，用酒精超声清洗三分钟，冷风吹干。进一步地，将垫圈置于不带中心圆孔陶瓷夹板中心的上方，然后将样品置于垫圈的上方，最后将带中心圆孔陶瓷夹板置于顶端，配合陶瓷螺栓、螺母使用，保证测试装置的密封性，将其置于存有电解液的玻璃槽内；采用辅助电极、参比电极与待测样品构成三电极体系。将极化电位设置成0.67V vs.Ag-AgCl，调节电解液的温度为80℃，进行恒电位极化测试。采集测试数据，完成1次模拟氢燃料电池常规工况下Au/TiN/SS样品的耐蚀性能测试。
如图2(a-h)所示，Au/TiN/SS的腐蚀电流密度在测试初期迅速下降，且逐渐趋于稳定；其中电流密度迅速下降的过程为镀层中存在微孔缺陷，在外界电流作用下表面逐渐生成稳定的钝化膜。在长时间极化测试中极化曲线上持续波动出现多个电流峰，说明Au/TiN/SS在该电位下表面生成的钝化膜不稳定，存在溶解和修复的交替过程。
此外，从图中腐蚀后的宏观形貌来看，样品在测试72h前表面未发生明显的变化，但在84h和96h均看到表面有腐蚀产物的堆积。这种腐蚀产物的出现是镀层缺陷处不锈钢基体的点蚀和镀层中微量Ti的氧化相引起的。从图中电流密度随时间的变化趋势可知，Au/TiN/SS在模拟PEMFC环境中0.67V极化测试96h后仍具有良好的抗腐蚀性能，腐蚀电流密度为0.224μA/cm2，远低于1μA/cm2的行业要求。
实施例二：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
将极化电位设置成1.43V vs.Ag-AgCl，调节电解液的温度为80℃，进行短时间高电位恒电位极化测试。采集测试数据，完成1次模拟氢燃料电池启停工况下Au/TiN/SS样品的耐蚀性能测试。从图3中所得到的测试结果可以看出，在短时间内(≤6h)腐蚀电流密度值为10-25μA/cm2，大于1μA/cm2的行业要求。从图中所对应的恒电位极化后的表面宏观形貌，可以看出在高电位极化后，镀层表面有腐蚀产物堆积。由此可见，高电位是影响镀层服役性能的关键因素，PEMFC在实际的运行过程中，应尽量避免高电位的发生，进而提高PEMFC的使用寿命。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
为了研究温度对Au/TiN/SS的腐蚀行为和电化学稳定性的影响，通过恒电位极化分别测试了Au/TiN/SS在不同温度中高(1.43V)低(0.67V)电位在H2SO4+0.1ppm HF(pH＝3)溶液中的耐蚀性能。如图4(a)和图4(c)所示，在恒电位极化初期腐蚀电流密度衰减很快，并逐渐稳定在一个相对较低的水平，这是由于在外界电流的刺激下表面发生了钝化。进一步观察发现，在低电位高温环境下(图4(a))，电流密度随时间产生大的波动；这主要是Au/TiN/SS在高温下发生了点蚀。图4(b)和图4(d)是恒电位极化结束前1分钟内腐蚀电流密度的平均值，由图中曲线的变化趋势可知，随着测试溶液温度的升高，腐蚀电流密度增大。在25℃-40℃时腐蚀电流密度增加量明显低于同时间下80℃-95℃的腐蚀电流密度增加量，说明温度对Au/TiN复合镀层腐蚀的影响并非随温度的增加呈线性关系。随着温度的升高，腐蚀电流密度成倍上升，温度越高，Au/TiN复合镀层的腐蚀受温度的影响越大。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
为了研究Au/TiN/SS在模拟PEMFC环境中因pH值变化对其耐蚀性的影响，分别开展了在pH＝3、4、5三种不同酸度环境中高(1.43V)低(0.67V)电位下的恒电位测试。如图5(a)、(c)所示，在测试初期，腐蚀电流大，但随着极化的进行迅速下降，随后达到一个相对稳定的低数值，腐蚀电流密度的迅速衰减是表面钝化膜的形成有关。图5(b)、(d)为两种恒电位极化测试结束前1分钟内腐蚀电流密度的平均值，随着溶液中pH值的降低，即溶液中H+含量增加，腐蚀电流密度上升。低电位下长时间极化测试后pH值在4-5时的腐蚀电流密度增加量明显大于pH值在3-4时腐蚀电流密度的增加量，这与高电位下短时间极化测试的结果正好相反。
根据上述实施例可以看出，本发明可以真实有效地模拟燃料电池金属双极板所服役的环境，实现燃料电池不同工况下金属双极板及镀层耐蚀性能的测试，另外还可最大程度地减小金属双极板样品测试时缝隙腐蚀的发生，保证双极板样品耐蚀性测试数据的可靠性。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，其特征在于，该系统包括服役环境模拟装置(1)、电化学工作站(2)和计算机(3)，所述服役环境模拟装置包括恒温水浴锅和8个电解池(4)，电解池内设置有辅助电极(5)、位于盐桥(6)内的参比电极(7)和工作电极(8)，并装有电解液(9)；所述8个电解池(4)位于恒温水浴锅内；所述参比电极(7)位于辅助电极(5)和工作电极(8)之间，三者并排排列，并且参比电极(7)与工作电极(8)的水平距离小于参比电极(7)与辅助电极(5)的水平距离；所述辅助电极为铂电极，参比电极为银/氯化银电极Ag-AgCl，所述工作电极为夹具测试模块所夹持的金属双极板样品；所述电化学工作站(2)具有8个通道，每个通道由一根导线输出，该导线含有3股导线，该3股导线分别与电解池的辅助电极、参比电极和工作电极相连接，所述计算机用于控制电化学工作站的运行；
每个电解池(4)包括玻璃槽(10)和树脂盖板(11)，所述树脂盖板表面分布排列有第一圆孔(14)、第二圆孔(13)、方孔(12)，并且，第二圆孔(13)位于第一圆孔(14)和方孔(12)之间；所述第一圆孔(14)用于将辅助电极(5)通过并伸入电解池内，所述参比电极(7)位于盐桥(6)内，所述第二圆孔(13)用于将盐桥(6)通过并伸入电解池内，所述方孔(12)用于将夹持金属双极板样品(19)的夹具测试模块(15)通过伸入到电解池内；
所述夹具测试模块包括带中心圆孔陶瓷夹板(16)、不带中心圆孔陶瓷夹板(21)、垫圈(20)，所述垫圈置于不带中心圆孔陶瓷夹板的中心位置，所述夹具测试模块夹持金属双极板样品时，所述垫圈用于放置金属双极板样品，通过将所述带中心圆孔陶瓷夹板与不带中心圆孔陶瓷夹板放置垫圈的面紧贴固定以夹持金属双极板样品，并且夹持金属双极板样品时，带中心圆孔陶瓷夹板的圆孔与所述垫圈上放置的金属双极板样品正对；
电解液(9)的基础溶液为0.1ppm氢氟酸溶液，并将H2SO4添加到基础溶液中，分别调节电解液的PH为3、4、5，在三种不同酸度环境下进行测试。
2.根据权利要求1所述的一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，其特征在于，所述带中心圆孔陶瓷夹板和不带中心圆孔陶瓷夹板(21)的边缘分布有螺纹孔(17)，所述夹具测试模块夹持金属双极板样品时，通过螺栓与螺纹孔配合固定带中心圆孔陶瓷夹板(16)、不带中心圆孔陶瓷夹板(21)。
3.根据权利要求1所述的一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统，其特征在于，所述垫圈为橡胶制品。
4.基于权利要求2所述一种汽车用氢燃料电池金属双极板及镀层耐蚀性测试系统实现的金属双极板耐蚀性测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)电解液配制
电解液(9)的基础溶液为0.1ppm氢氟酸溶液，并将H2SO4添加到基础溶液中，分别调节电解液的PH为3、4、5；
(b)样品装载
每个电解池内，在玻璃槽上方盖上树脂盖板，将裁剪成25mm×50mm大小的金属双极板样品(19)置于垫圈(20)上，调整所述带中心圆孔陶瓷夹板(16)的圆孔与所述垫圈上放置的金属双极板样品正对，陶瓷螺栓(18)穿过螺纹孔(17)，通过陶瓷螺栓和螺母(22)配合紧固所述带中心圆孔陶瓷夹板(16)与不带中心圆孔陶瓷夹板(21)上放置的垫圈所在的面，将装夹完成的夹具测试模块通过方孔(12)伸入到电解池内；
(c)电化学测试
打开恒温水浴锅，加入去离子水，设定实验所需温度进行加热，待其达到设定温度后，取400mL步骤(a)配制的电解液于电解池中，将装夹完成的金属双极板样品置于电解液中，将电化学工作站一端连接金属双极板样品，另一端连接计算机；
打开电化学工作站的电源开关，选择恒电位测试功能模块，并设置电位值为0.67Vvs.Ag-AgCl，进行模拟燃料电池常规工况下金属双极板样品耐蚀性能测试，获得金属双极板样品在模拟燃料电池常规工况下的腐蚀电流～时间曲线；
测试结束后，将电位值设置为1.43V vs.Ag-AgCl，开始模拟燃料电池启停工况下金属双极板样品耐蚀性能测试，获得金属双极板样品在模拟燃料电池启停工况下的腐蚀电流～时间曲线；
(d)耐蚀性能评价
对于两种工况，分别取金属双极板样品的腐蚀电流～时间曲线中最后10个点对应的腐蚀电流数据，记为i1，i2，i3，……i10，并由公式(1)计算10个腐蚀电流的平均值i：
由公式(2)计算出金属双极板样品的腐蚀电流密度：
式(2)中，icorr表示金属双极板样品的腐蚀电流密度，其单位为μA cm-2；A表示样品的有效测试面积；
当icorr的值小于预设值时，则表明金属双极板样品耐蚀性能符合设计要求。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：调节恒温水浴锅的温度为25～90℃，测试时间为1～96h。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6454922B1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-09-24 | The Regents Of The University Of California | Corrosion test cell for bipolar plates |
| CN109596511A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-09 | 新源动力股份有限公司 | 燃料电池双极板耐蚀性测试方法 |
| CN109856037A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-06-07 | 浙江锋源氢能科技有限公司 | 一种金属双极板长期稳定性的测定方法 |
| CN110850320A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-02-28 | 湖南省计量检测研究院 | 氢燃料电池耐久测试方法 |
| WO2020042535A1 (zh) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 上海交通大学 | 一种燃料电池金属双极板用导电耐蚀涂层 |
| CN112525815A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 上海大学 | 高通量原位电化学测试装置及测试方法 |
| CN112798513A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 新源动力股份有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池金属双极板耐久性加速测试方法 |
| CN113588525A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-11-02 | 上海大学 | 燃料电池金属双极板镀层的电化学腐蚀耐受性快速评价方法 |
| CN114018797A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-02-08 | 上海治臻新能源股份有限公司 | 一种燃料电池金属双极板涂层的耐蚀性测试方法 |
| CN114094146A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-25 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池质子交换膜的氢气渗透电流的测试方法 |
| CN114136878A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-03-04 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法 |
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6454922B1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-09-24 | The Regents Of The University Of California | Corrosion test cell for bipolar plates |
| WO2020042535A1 (zh) * | 2018-08-31 | 2020-03-05 | 上海交通大学 | 一种燃料电池金属双极板用导电耐蚀涂层 |
| CN109596511A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-04-09 | 新源动力股份有限公司 | 燃料电池双极板耐蚀性测试方法 |
| CN109856037A (zh) * | 2019-01-08 | 2019-06-07 | 浙江锋源氢能科技有限公司 | 一种金属双极板长期稳定性的测定方法 |
| CN110850320A (zh) * | 2019-11-18 | 2020-02-28 | 湖南省计量检测研究院 | 氢燃料电池耐久测试方法 |
| CN112525815A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 上海大学 | 高通量原位电化学测试装置及测试方法 |
| CN112798513A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 新源动力股份有限公司 | 一种质子交换膜燃料电池金属双极板耐久性加速测试方法 |
| CN113588525A (zh) * | 2021-04-16 | 2021-11-02 | 上海大学 | 燃料电池金属双极板镀层的电化学腐蚀耐受性快速评价方法 |
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| CN114136878A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-03-04 | 上海氢晨新能源科技有限公司 | 一种燃料电池金属双极板涂层耐腐蚀性能的测试方法 |
| CN114094146A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-25 | 中汽创智科技有限公司 | 一种燃料电池质子交换膜的氢气渗透电流的测试方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Influences of pH value, temperature, chloride ions and sulfide ions on the corrosion behaviors of 316L stainless steel in the simulated cathodic environment of proton exchange membrane fuel cell;D.G. Li et al.;《Journal of Power Sources》;448-456 * |
| Potential polarization accelerated degradation of interfacial electrical conductivity for Au/TiN coated 316L SS bipolar plates used in polymer electrolyte membrane fuel cells;Qian Li et al.;《Corrosion Science》;109624 * |
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