溶盐电沉积石墨与碳化物涂层研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吕旺燕 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曾潮流 |
| 关键词 | 熔融碳酸盐 电沉积 石墨 碳化铬 碳化钛 Molten carbonates Electrodeposition graphite Chromium carbides Titanium carbides |
| 学位专业 | 腐蚀科学与防护 |
| 中文摘要 | "质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将氢和氧中的化学能转化成电能的装置。它具有排放低、能量密度高和操作温度低等优点而受到广泛关注。尽管PEMFC发展已取得了很大进展，但材料成本仍是PEMFC实用化面临的一个挑战。双极板是PEMFC的核心多功能部件，占据电池组重量和成本的绝大部分。目前PEMFC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料。与石墨类材料相比，金属材料在强度、抗气体渗透、规模化生产及加工成薄板以提高电池比功率等方面显示明显优势，但其面临的主要问题是腐蚀问题，这导致电池性能下降。为此，必须提高金属双极板的抗腐蚀性能，并降低接触电阻。本文在含碳酸盐的熔盐体系中研究了碳酸根离子的直接电化学还原，以期在不锈钢表面沉积石墨与碳化物涂层，并采用X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉曼光谱等表征了电沉积产物的微观结构与形貌。论文取得的主要结果如下： 计算了Li2CO3、Na2CO3和K2CO3在不同温度的标准电化学还原电位。Li2CO3还原成碳的电位明显比Na2CO3 和K2CO3还原成碳及碱金属离子还原成碱金属的电位正。在熔盐中加入Li2CO3有利于碳的沉积。实验结果表明，CO32-离子在不同金属表面的还原析碳电位相近，且随温度升高而正移，其还原过程遵循一步还原机制。 在750 0C熔融(Li, K)2CO3中，通过CO32-的直接还原成功地制备了纳米碳纤维。制备的纳米碳纤维分别呈现平直状和螺旋状这二种形式，且具有多壁结构。螺旋状碳纤维分别具有单螺旋和双螺旋生长方式。无论是平直的还是螺旋状的纳米碳纤维都是中空的，且都裹有金属铁颗粒。这些铁颗粒对纳米碳纤维的生长起催化作用。电沉积电流密度越大，得到的纳米碳纤维的管径越大。 在沉积电流密度为192 mA/cm2条件下，通过在900 0C熔融NaCl-Na2CO3中的恒流电沉积可以在多弧离子镀铬和钛涂层表面获得致密、粘附性良好的高结晶度石墨层，而在304不锈钢表面沉积的碳层则疏松、粘附性差，石墨化程度低。同时，在石墨层下形成了碳化物。多弧离子镀铬和钛涂层的细小、近球形表面形貌有助于石墨晶的形核和生长，而基体成分的变化对此无明显影响。过大或过小沉积电流不利于产生高结晶度石墨层。提高沉积温度有助于石墨层的生长。 以(Na, K)2CO3为碳源，能够在钛表面电合成碳化钛；以(Na, K)2CO3为碳源，以K2TiF6为钛源，成功地在316不锈钢表面沉积了均匀、致密的碳化钛涂层。制备的碳化钛涂层在1 M H2SO4溶液中具有很宽的钝化稳定区，且能显著降低基体与石墨的接触电阻；在900 oC ，NaCl-KCl-NaF共晶熔盐中，以K2TiF6作为钛源，以石墨阳极为碳源，采用脉冲电镀方法成功地在304不锈钢表面合成了均匀、致密的碳化钛涂层。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64496]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吕旺燕. 溶盐电沉积石墨与碳化物涂层研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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