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等离子表面处理提高提高氢燃料电池中超薄不锈钢极板的胶粘强度

文章出处:本站 | 网站编辑:深圳纳恩科技有限公司| 发表时间:2022-11-22
超薄双极板作为质子交换膜燃料电池的“支撑骨架”,具有分隔燃料、氧化剂和冷却水等作用,是极为重要的电子交换器件。相比于石墨材料和复合材料双极板,不锈钢双极板材料具有体积小、质量轻的优势,兼具良好的导电和导热优点,是目前双极板制造的主流材料。目前,不锈钢双极板的组装连接普遍采用焊接工艺,但由于双极板很薄,厚度在0.1mm左右,在焊接过程中容易出现变形、焊穿、脱焊等缺陷,而焊接产生的热效应是造成金属双极板翘曲变形的主要原因。变形的双极板在装配后会直接影响膜电极上的压力分布,增大电池的接触电阻,降低电池的工作性能。胶粘工艺具有应力分布均匀、不会产生热变形的优势,同时也符合燃料电池一体化封装降低成本以及缩短装配时间的要求,是超薄双极板连接工艺的重要发展方向。然而氢燃料电池工作时内部处于高温、高压以及酸性腐蚀的状态,容易破坏超薄双极板的胶粘界面降低粘接强度,造成密封失效,影响燃料电池的安全性。
等离子表面处理
目前可以改善被粘接材料胶粘性能的表面处理技术有喷砂、(电)化学法等,而相比这些表面处理方法,等离子处理具有重复可控和环境友好的优点,已被研究人员广泛应用于改善材料表面理化特性,提升胶粘性能。

等离子表面处理提高
提高氢燃料电池中超薄不锈钢极板的胶粘强度

等离子表面处理对超薄不锈钢极板的胶粘强度和失效模式都有显著的提高和改善,其原因主要是:等离子体中具有大量的正负离子、自由基、激发态分子等多种活性离子,通过撞击将超薄不锈钢极板表面的原子或附着材料表面的原子打掉,清除表面原有的污染物和杂质,而且会产生刻蚀效应,在不锈钢极板表面形成细小的凹坑,增大了表面的比表面积,提高不锈钢极板表面的润湿性能,同时多种活性离子的撞击会使不锈钢极板表面的原有的化学键产生断裂,而等离子体中的一些极性官能团与试样表面的元素形成新的化学键,试样的表面自由能提高,对试样表面起到改性和活化的作用,从而显著提高胶接接头的剪切强度改善接头的失效模式。
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