Research on corrosion problems of SUS 304 stainless steel used as bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells

聚合物电解质膜燃料电池双极板SUS 304不锈钢腐蚀问题研究

基本信息

批准号：
22K04770
负责人：
八代仁
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Iwate University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04770/
关键词：
固体高分子形燃料電池セパレータステンレス鋼腐食

项目摘要

固体高分子形燃料電池（PEFC）用セパレータ材料としてステンレス鋼が期待されている。本研究では、ステンレス鋼製セパレータを用いて発電したPEFCにおける膜電極接合体(MEA)の汚染状況を、蛍光エックス線分析するとともに、MEAの断面を飛行時間型二次イオン質量分析計(TOF SIMS)を用いて評価した。併せて、セパレータのアノード側のみに表面処理（TiN-SBR塗布）を行った場合、カソード側のみを表面処理した場合、両面表面処理した場合についても発電試験を実施した。表面処理を全く行わなかった場合、発電特性は最も早く劣化し、1000時間発電後のMEAにはFeやCrによる汚染が明瞭に認められた。MEAの断面をTOF SIMSで分析した結果、FeやCrの汚染は、もっぱらアノード側から生じていることが判明した。ステンレス鋼製セパレータのうち、アノード側だけに表面処理して発電した場合、セル性能の劣化は穏やかであったのに対し、カソード側だけを表面処理しても、セル性能の劣化は抑制できなかった。これらの結果は、ステンレス鋼に対する腐食性は、一般に評価対象とされているカソード側環境より、アノード側環境の方が問題となることを示している。アノード側では水素酸化反応が生じ、電位はカソード側より0.6 V以上低いが、ステンレス鋼にとっては十分な不動態化に至らず、酸化皮膜が不安定化して活性溶解しやすいものと考えられる。アノード側から侵入したステンレス鋼の溶解成分は、プロトン伝導膜に濃縮していることも、TOF SIMS分析から明らかとなった。

不锈钢预计是固体聚合物燃料电池（PEFC）的分离材料。在这项研究中，通过荧光X射线分析对使用不锈钢分离器产生的PEFC中的膜电极组件（MEA）的污染状态，并使用飞行器二级离子质量光谱仪（TOF SIMS）评估MEA的横截面。另外，当仅在分离器的阳极侧，仅在阴极侧进行表面处理以及两侧进行表面处理时，还进行了表面处理（Tin-SBR涂层）时，还进行了发电测试。当未进行表面处理时，发电特性会恶化，并且在发电1000小时后，在MEA中清楚地观察到对FE和CR的污染。使用TOF SIMS分析MEA的横截面，发现Fe和Cr的污染主要是由阳极侧引起的。在不锈钢分离器中，仅在阳极侧进行表面处理并进行发电时，细胞性能恶化是轻度的，而即使仅在阴极侧的表面处理，则无法抑制细胞性能恶化。这些结果表明，在阳极环境中，不锈钢的腐蚀特性比在阴极环境中更有问题，而在阴极环境中，通常被认为可以评估。氢氧化反应发生在阳极侧，电势从阴极侧低于0.6V，但人们认为不锈钢无法提供足够的钝化，从而使氧化物膜不稳定，并且很容易以主动形式溶解。 TOF SIMS分析还表明，从阳极侧穿透的不锈钢的溶解成分集中在质子传导膜上。