金属双极板表面纳米尖峰氧化膜的制备及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51171134
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    张东明
  • 依托单位：
    武汉理工大学
  • 学科分类：
    E0103.金属材料使役行为与表面工程
  • 结题年份：
    2015
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

质子膜燃料电池是极具发展潜力的绿色能源，金属双极板取代石墨双极板是燃料电池发展的趋势。但金属双极板耐腐蚀性差，表面接触电阻高，需要对金属表面进行改性处理。国内外研究的主要思路是在金属板表面镀制导电性良好的耐腐蚀性膜，如TiN等陶瓷膜。但难以避免的镀膜缺陷却导致金属双极板不能承受长时间电池运行的考验。本项目提出一种金属双极板制备新思路，即通过改变表面形貌来降低表面接触电阻，利用致密的纳米尖峰氧化膜改善金属双极板的耐腐蚀性和导电性。本项目拟通过刻蚀技术获得纳米尖峰氧化膜，并探讨这种表面形貌对金属双极板性能的影响。拟解决的关键问题（1）合金组分的选择；（2）刻蚀液的选择与表面处理工艺的研究。通过对合金组分-刻蚀工艺-表面微观结构-性能的综合分析与研究，制备出具有致密纳米尖峰氧化膜表面形貌的低成本、高性能金属双极板材料，推动燃料电池技术的应用。

结项摘要

质子膜燃料电池是一类具有重要应用前景的绿色能源。双极板是燃料电池的重要组成部件，要求具有良好的耐腐蚀性、导电导热性、可加工性、不透气、一定的强度等，金属双极板取代石墨双极板是燃料电池发展的趋势。但金属双极板耐腐蚀性差，表面接触电阻高，需要对金属表面进行改性处理。国内外研究的主要思路是在金属板表面镀制导电性良好的耐腐蚀性膜，如TiN等陶瓷膜。但难以避免的镀膜缺陷，如发生针孔腐蚀导致性能下降。. 本项目发展了一种金属双极板制备新技术，即利用合金元素与处理环境，通过表面复合处理，原位形成具有良好耐腐蚀性与导电性的的保护膜。开展了二个材料体系：（1）Fe-Ni-Cr合金；（2）SS304不锈钢的表面处理工艺研究。以耐腐蚀性与表面接触电阻为判据，获得二个材料体系的最佳处理工艺：（1）SS304不锈钢经30vol%混合酸(12HNO3:2HCl:HF) 室温处理10min，再30 vol%HNO3钝化5min，后热处理(250oC,2h,N2)，最后电化学处理2h，其腐蚀电流密度为2.8x10-8 A.cm-2，表面接触电阻4.29 mΩ.cm2 (压力 240N.cm-2）；（2） Fe-Ni-Cr合金经15vol%混合酸(12HNO3:2HCl:HF) 65oC处理10min，再30 vol%HNO3钝化5min。其腐蚀电流密度为2.5x10-8 A.cm-2，表面接触电阻6.8 mΩ.cm2 (压力 240N.cm-2）。. 研究发现：复合处理工艺（酸处理+热处理+电化学处理）的作用机理在于：通过酸处理，选择性将表面Fe3O4去除，留下具有一定孔隙的Cr2O3膜，热处理导致近表面的Fe通过孔隙向表面迁移，并在原Cr2O3表面生长出一层Fe3O4，同时近表面的Cr含量增加，电化学处理将外层Fe3O4选择性去除，内部Cr2O3进一步增厚并致密。因此耐腐蚀性和导电性都得到改善，这种原位形成的保护膜导电性良好的原因是：（1）Cr2O3厚只有几个纳米；（2）膜表面含有一定的C含量；其耐腐蚀性好的原因是这种Cr2O3膜致密，并且通过表面化学处理原位形成的保护膜，在空气或氧气环境中具有自修复功能，因此比较稳定，对其它材料体系的表面处理具有一定的参考意义。. 本项目发展的处理工艺成本低，不需要昂过的处理设备，适合产业化推广。

项目成果

期刊论文数量（14）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Cr2O3/C composite coatings on stainless steel 304 as bipolar plate for proton exchange membrane fuel cell
质子交换膜燃料电池用不锈钢304双极板Cr2O3/C复合涂层
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2014.08.076
  • 发表时间：
    2014-11-01
  • 期刊：
    ENERGY
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Huang, Kaikai;Zhang, Dongming;Hu, Qinghui
  • 通讯作者：
    Hu, Qinghui
电子探针在Fe-Ni-Cr基合金双极板表面结构研究中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    分析仪器
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨梅君;张东明
  • 通讯作者：
    张东明
Fe–Ni–Cr alloy as bipolar plate of PEMFC by multi-steps surface modification
多步表面改性Fe-Ni-Cr合金作为质子交换膜燃料电池双极板
  • DOI：
    10.1016/j.ijhydene.2015.07.160
  • 发表时间：
    2015-10
  • 期刊：
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Dongming Zhang;Kaikai Huang
  • 通讯作者：
    Kaikai Huang
Stacks with TiN/titanium as the bipolar plate for PEMFCs
使用 TiN/钛作为 PEMFC 双极板的堆栈
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2012.10.020
  • 发表时间：
    2012-12-01
  • 期刊：
    ENERGY
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Ren, Zhijun;Zhang, Dongming;Wang, Zaiyi
  • 通讯作者：
    Wang, Zaiyi
Effect of surface treatment on the interfacial contact resistance and corrosion resistance of Fe–Ni–Cr alloy as a bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cells
表面处理对聚合物电解质膜燃料电池双极板Fe-Ni-Cr合金界面接触电阻和耐腐蚀性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2013.10.080
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Energy
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Meijun Yang;Dongming Zhang
  • 通讯作者：
    Dongming Zhang

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其他文献

Research on fault diagnosis of coal mill system based on the simulated typical fault samples
基于模拟典型故障样本的磨煤机系统故障诊断研究
  • DOI：
    10.1016/j.measurement.2020.107864
  • 发表时间：
    2020-09
  • 期刊：
    Measurement
  • 影响因子：
    5.6
  • 作者：
    胡勇;平博宇;曾德良;牛玉广;高耀岿;张东明
  • 通讯作者：
    张东明
采动裂隙煤岩体应力与瓦斯流动的耦合机理
  • DOI：
    10.13225/j.cnki.jccs.2014.3009
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    尹光志
火灾后型钢混凝土框架结构力学性能试验研究及分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    张超;薛素铎;王广勇;张东明
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    张东明
一种求解动态数据集中k-支配轮廓的算法
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    董雷刚
宽叶金粟兰化学成分的研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    药学学报.40(6).525.2005
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李创军;张东明;罗永明
  • 通讯作者：
    罗永明

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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