Покрытие PateksMAX для биполярных пластин протонообменных мембранных топливных элементов (coating PateksMAX for PEM fuel cells)

В настоящее время активно разрабатываются новые источники энергии - топливные элементы с протонообменной мембраной (proton-exchange membrane fuel cells - PEMFC). Они считаются наиболее перспективными экологически чистыми генераторами энергии за счет преобразования химической энергии. PEMFC могут использоваться в транспортных и стационарных средствах, а также в мобильных устройствах любого размера, вплоть до мобильных телефонов, за счет своей компактности.

Основными деталями топливных элементов являются биполярные пластины (БП), образующие отдельные ячейки, в которых регулируются тепловые, газовые и электрические потоки. БП функционируют при температуре выше 100 °С и воздействии окислительной агрессивной среды. БП должны иметь повышенную коррозионную стойкость и термостойкость при рабочих температурах, химическую стабильность в присутствии агрессивных реагентов, устойчивость при повышенной влажности, низкую газопроницаемость.

В большинстве случаев БП изготавливаются из нержавеющих сталей AISI 316L и AISI 304 толщиной 0,1-0,25 мм методом штамповки. Несмотря на то, что данные материалы являются коррозионностойкими, при контактировании с водородосодержащими соединениями, СО, СO2, кислотами, пероксидом водорода и другими пероксидными соединениями, возникают явления адсорбции и коррозии. Адсорбция на границе раздела связана с повышенной энергией адгезионного взаимодействия поверхности металла, шероховатостью, локальными дефектами, растягивающими напряжениями и другими факторами. Образование питтинговой, щелевой, электрохимической, межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением связано с наличием агрессивной среды в контакте с нержавеющей сталью. Контактирование одноименных материалов в данных условиях может приводить к фреттинг-коррозии.

Для повышения долговечности БП разработано покрытие PateksMAX, являющееся полупроводниковым многоэлементным материалом. Покрытие наносится с использованием безвакуумной технологии Atmospheric-Pressure Plasma Jet Reactor (APPJR). Процесс обработки подложки ведется плазменной струёй при подаче паров двух или трех прекурсоров, обеспечении плазмохимического взаимодействия элементов прекурсоров, конденсации и образовании покрытия. В качестве прекурсоров используются безопасные и недорогие материалы, в которых отсутствуют благородные металлы.

Технология APPJR имеет низкую себестоимость и высокую производительность (например, при использовании нескольких плазмохимических реакторов). Покрытие может наноситься на локальные зоны (например, только в углубления ячеек БП), мультислойно (количество слоёв не ограничено, толщина каждого слоя от 5-50 нм). Покрытие имеет повышенную химическую инертность, коррозионную стойкость, фреттингостойкость, термостойкость до 1200° С, низкое контактное сопротивление и коэффициент трения, повышенную твердость, возможность образования как гидрофильных, так и гидрофобных поверхностей. После нанесения покрытия увеличивается площадь соприкосновения контактных соединений. В составе материала покрытия отсутствуют благородные металлы.

Покрытие может наноситься на полупластины, биполярные пластины и торцевые пластины как для протонных обменных мембранных топливных элементов (PEMFC), так и прямых метанольных топливных элементов (DMFC).

Примерный вид процесса APPJR с нанесением родственного покрытия на пластину из нержавеющей стали можно посмотреть по ссылке –

Предлагаем рассмотреть проведение опытных работ по испытанию и использованию покрытия PateksMAX для БП топливных элементов.

Видео

«Плазмацентр» предлагает  

Свяжитесь с нами по телефонам: +7 (812) 679-46-74, +7 (921) 973-46-74, или напишите нам на почту: office@plasmacentre.ru

 

Наши менеджеры подробно расскажут об имеющихся у нас технологиях нанесения покрытий, упрочнения, восстановления, придания свойств поверхности, а также о стоимости услуг компании.