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。

不锈钢有望用作聚合物电解质燃料电池（PEFC）的隔膜材料。在本研究中，我们利用 X 射线荧光分析分析了使用不锈钢隔膜生成的 PEFC 中膜电极组件 (MEA) 的污染状况，并使用飞行时间二次离子质谱仪 (TOF) 分析了 MEA 的横截面使用 SIMS 进行评估）。另外，还进行了仅在隔膜的阳极侧进行表面处理(TiN-SBR涂层)时、仅在阴极侧进行表面处理时、以及在两侧进行表面处理时的发电试验。当不进行表面处理时，发电特性劣化最快，并且在发电1000小时后在MEA中清楚地观察到Fe和Cr的污染。使用 TOF SIMS 对 MEA 横截面进行分析表明，Fe 和 Cr 污染仅发生在阳极侧。当通过仅对不锈钢隔板的阳极侧进行表面处理来发电时，电池性能的劣化是轻微的，但是即使仅对阴极侧进行表面处理，也不能抑制电池性能的劣化。这些结果表明，不锈钢的腐蚀性在阳极环境中比在阴极环境中更成问题，而阴极环境通常是评估的主题。阳极侧发生氢氧化反应，电位比阴极侧低0.6V以上，但认为这并不能导致不锈钢的充分钝化，使氧化膜不稳定，容易发生活性化。溶解。 TOF SIMS分析还表明，从阳极侧进入的不锈钢溶解成分集中在质子传导膜中。