Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mahmood Monir-vaghefi,Kaivan Raissi
احمد ساعت چی (استاد راهنما) سیدمحمود منیرواقفی (استاد راهنما) کیوان رئیسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Behrang Bazoo
بهرنگ بازو

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Electroless Nano-Structured Nickel Coating on the AISI316 Steel as a Bipolar Plate in Proton Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell
Thin sheets of stainless steel are low-cost material for fuel cell components that can be easily formed to yield compact volume. Stainless steel satisfies many of the requirements for proton exchange membrane (PEM) fuel cell bipolar plates except its corrosion behavior under the fuel cell operating conditions. Contact resistance as a result of metal oxide formation, and metal dissolution can cause contamination of the membrane electrolyte assembly (MEA). These problems can be solved by coating stainless steel plates with corrosion resistant and conductive layers. This process should be able to make significant improvement on the corrosion resistance and the electrical resistance at a reasonable cost. In this study, AISI 316 stainless steel was coated with the electroless Ni–P alloy deposits. After 45 minutes, 150 minutes and 5 hours deposition, thickness of coating were about 10, 30 and 60 microns respectively and these coatings done in deferent pH as 4.2, 4.7 and 5.2. Deposition rate in lower pH is lower than higher pH. X-ray diffraction analysis showed that, the low pH coatings had semi-amorphous structures and the high pH coatings had semi-crystalline structures. The structures were mixture of amorphous phase and nano-crystalline phase. Low pH coating contained Ni(111), middle pH coating contained Ni(111), Ni 3 P(200), Ni 3 P(211), Ni 3 P(311), Ni 3 P(411), Ni 3 P(640), Ni 3 P(431) and high pH coating contained Ni(111), Ni(220), Ni 3 P(200), Ni 3 P(211), Ni 3 P(311), Ni 3 P(411), Ni 3 P(640), Ni 3 P(431). To evaluate the corrosion resistance of the coated plates, polarization and electrochemical impedance spectroscopic (EIS) studies of the plates were performed in a simulated proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) environment with solutions of 0.5M H 2 SO 4 + 2 ppm F ? . Tafel polarization testing showed corrosion rate in coating with lower pH is better than corrosion rate in coating with higher pH, in samples with 4.2, 4.7 and 5.2 pH coating, corrosion rate were 0.12, 0.20 and 0.71 µA/cm 2 and in AISI316 is 0.63 µA/cm 2 . Tafel polarization testing showed Corrosion potential in coating with lower pH is better than corrosion rate in coating with higher pH, in samples with 4.2, 4.7 and 5.2 pH coating, corrosion potential were -294, -360 and -398 mV. Electrochemical impedance spectroscopy testing after 1 hours immersion of samples in simulated solution showed, resistance pitting corrosion (R pore ) increase with decrease pH. Electrochemical impedance spectroscopy testing after 38 days immersion of samples in simulated solution showed, the solution could diffuse through coating. The electrical property was also evaluated by performing
ورقهای نازک فولاد زنگ نزن نسبت به صفحات دوقطبی گرافیتی، موادی ارزان هستند که جهت استفاده در پیلهای سوختی مدنظر قرار گرفته اند و به کمک آنها می توان به پیلهای سوختی با حجم کمتری دست یافت. فولادهای زنگ نزن بسیاری از نیازهای صفحات دو قطبی پیل سوختی را بجز رفتار خوردگی آنها در شرایط کاری پیلهای سوختی برطرف می کنند.اما در اثر تشکیل اکسید بر روی فولاد زنگ نزن مقاومت تماسی آن افزایش می یابد و همچنین در نتیجه حل شدن فلز، غشاء پلیمری پیل سوختی آلوده می شود. این مشکلات را می توان با ایجاد یک پوشش مقاوم به خوردگی و هادی جریان الکتریکی برطرف نمود. در این تحقیق فولاد زنگ نزن AISI316 توسط الکترولس Ni-P پوشش داده شد. پس از 45دقیقه ، 5/2 و 5 ساعت پوشش دهی ضخامت پوششی تقریباً برابر با 10، 30 و 60 میکرون بدست آمد. پوشش های فوق در حمام با pHهای مختلف 2/4، 7/4 و 2/5 پوشش داده و مورد بررسی قرار گرفتند. آنالیز تفرق اشعه X نشان داد که پوشش های با pH پائین دارای ساختار شبه آمورف و پوشش های با pH بالا دارای ساختار شبه کریستالی هستند. ساختار ها مخلوطی از فاز آمورف و کریستال بودند. برای اندازه گیری مقاومت به خوردگی پوشش ها، آزمایش پولاریزاسیون تافل و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در شرایط شبیه سازی شده پیل سوختی با غشاء پلیمری توسط محلولM H 2 SO 4 5/0 و ppm F - 2 مورد مطالعه قرار گرفت. تست های پلاریزاسیون تافل نشان دادند که نرخ خوردگی پوشش با pH پائینتر بهتر از نرخ خوردگی در پوششهای با pH بالاتر است. آزمایش طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نمونه ها در محلول شبیه سازی شده نشان داد که مقاومت به حفره دار شدن با کاهش pH افزایش می یابد. قابلیت الکتریکی پوشش توسط اندازه گیری مقاومت الکتریکی تماسی ارزیابی شد. اندازه گیری مقاومت الکتریکی تماسی نشان داد که پوشش های با pH بالاتر دارای مقاومت تماسی پائینتری نسبت به پوشش های با pH پائینتر هستند.آزمون های پلاریزاسیون تافل و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نشان داد، مقاومت به خوردگی پس از پوشش دهی بهبودیافته است. آزمون مقاومت الکتریکی تماسی نیز نشان داد که مقاومت الکتریکی تماسی پوشش در محدوده قابل قبولی قرار دارد. هرچند که انجام پوشش الکترولس Ni-P بر روی فولاد زنگ نزن AISI316 به عنوان استفاده در صفحات دوقطبی پیل سوختی با غشاء پلیمری خواص بهتری نسبت به فولاد زنگ نزن نشان دادند، اما نیاز مبرمی به تحقیقات و مطالعات بیشتر جهت توسعه استفاده از صفحات دو قطبی فلزی در پیل های سوختی با غشاء پلیمری است. کلمات کلیدی: پیل سوختی با غشای پلیمری، صفحات دو قطبی، الکترولس نیکل- فسفر،مقاومت به خوردگی، مقاومت الکتریکی تماسی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی