Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Mahmood Monir-vaghefi,Kaivan Raissi
احمد ساعت چي (استاد راهنما) سيدمحمود منيرواقفي (استاد راهنما) کيوان رئيسي (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
چکيده ورقهاي نازک فولاد زنگ نزن نسبت به صفحات دوقطبي گرافيتي، موادي ارزان هستند که جهت استفاده در پيلهاي سوختي مدنظر قرار گرفته اند و به کمک آنها مي توان به پيلهاي سوختي با حجم کمتري دست يافت. فولادهاي زنگ نزن بسياري از نيازهاي صفحات دو قطبي پيل سوختي را بجز رفتار خوردگي آنها در شرايط کاري پيلهاي سوختي برطرف مي کنند.اما در اثر تشکيل اکسيد بر روي فولاد زنگ نزن مقاومت تماسي آن افزايش مي يابد و همچنين در نتيجه حل شدن فلز، غشاء پليمري پيل سوختي آلوده مي شود. اين مشکلات را مي توان با ايجاد يک پوشش مقاوم به خوردگي و هادي جريان الکتريکي برطرف نمود. در اين تحقيق فولاد زنگ نزن AISI316 توسط الکترولس Ni-P پوشش داده شد. پس از 45دقيقه ، 5/2 و 5 ساعت پوشش دهي ضخامت پوششي تقريباً برابر با 10، 30 و 60 ميکرون بدست آمد. پوشش هاي فوق در حمام با pHهاي مختلف 2/4، 7/4 و 2/5 پوشش داده و مورد بررسي قرار گرفتند. آناليز تفرق اشعه X نشان داد که پوشش هاي با pH پائين داراي ساختار شبه آمورف و پوشش هاي با pH بالا داراي ساختار شبه کريستالي هستند. ساختار ها مخلوطي از فاز آمورف و کريستال بودند. براي اندازه گيري مقاومت به خوردگي پوشش ها، آزمايش پولاريزاسيون تافل و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي در شرايط شبيه سازي شده پيل سوختي با غشاء پليمري توسط محلولM H 2 SO 4 5/0 و ppm F - 2 مورد مطالعه قرار گرفت. تست هاي پلاريزاسيون تافل نشان دادند که نرخ خوردگي پوشش با pH پائينتر بهتر از نرخ خوردگي در پوششهاي با pH بالاتر است. آزمايش طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي نمونه ها در محلول شبيه سازي شده نشان داد که مقاومت به حفره دار شدن با کاهش pH افزايش مي يابد. قابليت الکتريکي پوشش توسط اندازه گيري مقاومت الکتريکي تماسي ارزيابي شد. اندازه گيري مقاومت الکتريکي تماسي نشان داد که پوشش هاي با pH بالاتر داراي مقاومت تماسي پائينتري نسبت به پوشش هاي با pH پائينتر هستند.آزمون هاي پلاريزاسيون تافل و طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي نشان داد، مقاومت به خوردگي پس از پوشش دهي بهبوديافته است. آزمون مقاومت الکتريکي تماسي نيز نشان داد که مقاومت الکتريکي تماسي پوشش در محدوده قابل قبولي قرار دارد. هرچند که انجام پوشش الکترولس Ni-P بر روي فولاد زنگ نزن AISI316 به عنوان استفاده در صفحات دوقطبي پيل سوختي با غشاء پليمري خواص بهتري نسبت به فولاد زنگ نزن نشان دادند، اما نياز مبرمي به تحقيقات و مطالعات بيشتر جهت توسعه استفاده از صفحات دو قطبي فلزي در پيل هاي سوختي با غشاء پليمري است. کلمات کليدي: پيل سوختي با غشاي پليمري، صفحات دو قطبي، الکترولس نيکل- فسفر،مقاومت به خوردگي، مقاومت الکتريکي تماسي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی