(3.235.108.188) 您好!臺灣時間:2021/02/25 07:51
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:賴明輝
研究生(外文):Ming-hui Lai
論文名稱:退火對燃料電池金屬雙極板鎳鋁鍍層之電性及腐蝕性質之影響
論文名稱(外文):Annealing Effect on Electrical Properties and Corrosion Behavior of NiAl Coated Metallic Bipolar Plates for PEMFC
指導教授:陳士堃
指導教授(外文):Shi-kun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:材料科學所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:117
中文關鍵詞:不鏽鋼鎳鋁金屬雙極板燃料電池
外文關鍵詞:feul cellNiAlstainless steelmetallic bipolar plates
相關次數:
  • 被引用被引用:2
  • 點閱點閱:226
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:69
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
近年來,降低成本一直都是質子交換膜燃料電池走向商業化最關鍵的課題,而其中一個發展瓶頸為雙極板。不鏽鋼具有低成本、高機械強度及優異的可加工性,因此被視為極具發展潛力的雙極板材料。然而,其抗蝕性不佳,則是目前需克服的難題。
鎳鋁介金屬化合物具良好的抗氧化性、耐蝕性及導熱、導電性等特質,因此選取為鍍層材料。本實驗以AISI 304不鏽鋼為基板,利用真空濺鍍法被覆鎳鋁鍍層,再將其實行退火處理,同時以FE-SEM、XRD、GDS與恆電位儀分析鎳鋁鍍層的腐蝕特性。為了實際應用於燃料電池,本實驗以接觸阻抗與四點探針測量其電阻值。
實驗結果顯示,使用Ni0.55Al0.45合金靶以磁控濺鍍法沉積薄膜於不鏽鋼基板上可以得到NiAl介金屬相之薄膜。隨著退火溫度升高,NiAl鍍層之抗腐蝕性質有提高之趨勢。當退火溫度達到800°C以上,NiA鍍層與基板發生擴散以致於無法維持良好之抗腐蝕性質。在電性方面,不僅改善AISI 304不鏽鋼基板的接觸阻抗,體電阻及片電阻也為PocoTM石墨板的十分之ㄧ。
Recently, cost reduction is the most critical issue for the commercialization of proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The high cost of bipolar plate is considered to be one of the bottlenecks. Stainless steels are good candidates for bipolar plate materials of PEM fuel cells due to their low cost, high strength and ease of machining. However, corrosion of the metallic plates is a severe problem which affects the performance and lifetime of fuel cells.
The NiAl intermetallic compound provides excellent properties of oxidation resistance, high electrical, thermal conductivities and were selected as protective layer. The NiAl film was deposited on AISI 304 stainless plates by sputtering and annealing processes. FE-SEM, XRD,GDS and potentiostat were used to analyze the corrosion properties of NiAl films. Electrical resistance of the sample was measured by ICR and four-point probe method.
XRD patterns, NiAl intermetallic single phase was obtained in as-deposited films. Corrosion resistance of NiAl film increased as the annealing temperature was raised, but interdiffusion between NiAl film and substrate occurred when the annealing temperature was increased to more than 800°C. NiAl coating not only improved interface contact resistance of stainless steel substrate but also reduced the bulk resistance and sheet resistance to one tenth of the values for PocoTM bipolar plates.
第一章 緒論
1-1 前言
1-2 燃料電池簡介與發展現況
1-2-1 燃料電池簡介與分類
1-2-2 國內燃料電池的發展現況
1-3 研究動機
第二章 理論基礎與文獻回顧
2-1 燃料電池之研究背景
2-1-1質子交換膜燃料電池之原理
2-1-2 PEMFC之優點
2-1-3 關鍵材料與元件
2-1-3-1質子交換膜
2-1-3-2 觸媒層
2-1-3-3 氣體擴散層
2-1-3-4 雙極板
2-1-3-4-1雙極板之設計特性
2-1-3-4-2雙極板之種類
2-1-3-4-3金屬雙極板可信賴度之規範
2-2 真空鍍膜技術
2-2-1 電漿
2-2-2 濺鍍原理
2-2-3 二極直流濺鍍
2-2-4 薄膜沉積機構
2-2-5 薄膜微觀結構
2-3 腐蝕電化學原理
2-3-1 金屬的電化學腐蝕
2-3-2 混合電位理論
2-3-3 極化曲線
2-3-4 活性極化與濃度極化
2-4 鎳鋁介金屬化合物之結構與特性
2-5 文獻回顧
2-5-1貴重金屬雙極板
2-5-2 非鍍膜處理之金屬雙極板
2-5-3 鍍膜處理之金屬雙極板
2-5-3-1 金屬基鍍膜處理
2-5-3-2 導電高分子鍍膜處理
2-5-3-3 鐵基非晶質合金
2-5-3-4 物理氣相沉積鍍膜
2-5-3-5 多孔材料及泡沫金屬
2-5-4 複合雙極板
第三章 實驗步驟及方法
3-1 試片製作與前處理
3-2 磁控濺鍍被覆NiAl鍍層
3-2-1 濺鍍系統
3-2-2 薄膜之沉積
3-2-3 真空退火系統
3-2-4 退火熱處理
3-3 薄膜特性量測與分析
3-3-1 膜厚與鍍率校正
3-3-2 成份分析
3-3-3 結晶結構分析
3-3-4 縱深成份分析
3-3-5 顯微組織觀察
3-3-5 腐蝕性質量測
3-3-5 片電阻與體電阻之測量
3-3-6 接觸阻抗之量測
3-3-7 原子力顯微圖像觀察
第四章 結果與討論
4-1 NiAl鍍層之縱深成份分析
4-2 結晶結構之分析
4-2-1 XRD pattern 之基本分析
4-2-2 晶域尺寸之計算與探討
4-3 腐蝕性質之探討
4-3-1 動電位極化曲線
4-3-1-1 Tafel分析
4-3-1-2 I-V曲線分析
4-3-2 表面型態之觀察
4-4 電性質之探討
4-4-1 體電阻與片電阻之分析
4-4-2 接觸阻抗之探討
第五章 結論
【1】 黃鎮江,「燃料電池」,全華科技圖書公司出版,92年12月。
【2】 IEA, "Monthly Oil Market Report", July 1999, P.16.
【3】 徐守正,「京都議定書的精神與內容」,能源報導,94年1月。
【4】 何佩芬,「京都議定書生效之國內效應」,能源報導,94年1月
【5】 林榮南,「世界新能源之開發近況」,能源季刊,第二十二卷第四期,81年10月,p.97-108。
【6】 L.J. Blomen, M.N. Mugerwa, Fuel Cell Systems, Plenum, 1993.
【7】 K. Kordesch, G. Simader, Fuel Cells and their Applications, VCH,1996.
【8】 王智薇,「台灣燃料電池發展現況」,能源報導 2006年8月。
【9】 高志勇等,「我國燃料電池發展策略研究與分析」,經濟部技術處,91年12月。
【10】 Arthur D. Little Inc., Cost Analysis of Fuel Cell Systems for Transportation: Baseline System Cost Estimate, Final Report to Department of Energy 2000.
【11】 Li and et al., “Corrosion-resistance PEM fuel cell”, US Patent 5624769, 22 December 1995.
【12】 D.P. Davies and et al., J. Appl. Electrochemistry, 30 (2000) 101-105.
【13】 R. L. Borup and et al., Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 393 (1995) 151.
【14】 F. Barbir and et al., J. New Mater. Electrochem. Syst., 2 (2000)197-205.
【15】 D. Zhong and et al., Surface and Coatings Technology, 120 (1999) 22-27.
【16】 Yuquan Ding and et al., Surface and Coatings Technology, 94 (1997) 483-489.
【17】 Y. H. Cheng and et al., Thin Solid Films, 379 (2000) 76-82.
【18】 D. Zhong and et al., Surface and Coatings Technology, 130 (2000) 33-38.
【19】 J. L. He and et al., Surface and Coatings Technology, 135 (2001) 158-165.
【20】 W. H. Xu and et al., Materials Letters, 44 (2000) 314-319.
【21】 G. C. Rybicki and et al., Oxid. Metals, 32 (1989) 431-439.
【22】 M. W. Brumm and et al., Corros. Sci., 33 (1992) 1677-1690.
【23】 http://www.ecn.nl/bct/products/pemfc/index.nl.html
【24】 H. G. Vad Haubold and et al., Electrochemica Acta, 46 (2001) 1559-1568.
【25】 S. D. Lin and et al., J. Phys. Chem. B, 103 (1999) 97-110.
【26】 H. F. Oetjen and et al., J. Electrochem. Soc., 143 (1996) 3838-3854.
【27】 R. L. Borup and N. Vanderborgh, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 393, (1995) 151.
【28】 A. J. Appleby and F. R. Foulkes, Fuel Cell Handbook 1993.
【29】 A. Pozio and et al., Electrochim. Acta 48 (2003) 1543-1549.
【30】 Rongzhong Jiang and Deryn Chu, J .Power Sources, 93 (2001) 25-31.
【31】 C. Zawodzinski, M.S. Wilson, S. Gottesfeld, Fuel Cell Seminar, Palm Springs, November 1998, p. 16.
【32】 L. Ma and et al., Proceedings of the 3rd International Symposium on New Materials for Electrochemical Systems, July 1999, p. 69.
【33】 H. Tawfika and et al., Journal of Power Sources 163 (2007) 755-767.
【34】 李聯鑫,「使用銅頂層擴散技術研究鐵鉑薄膜之磁特性」,逢甲大學材料科學研究所碩士論文,2001。
【35】 Alfred Grill, Cold Plasma in Material Fabrication , The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. New York, 1994, p.24-27.
【36】 D. S. Richerby and A. Matthews, Advanced Surface Coatings : A Handbook of Surface Engineering, Chapman and Hall, New York, 1991, p.92-100.
【37】 R. F. Bunshah, “ Deposition Technologies for Film and Coatin, Noyes Publications ” , 1982, p.178.
【38】 陳拓宇,「由直流濺鍍製作 Co/Cu 多層薄膜及其物性量測」,國立清華大學物理所碩士論文,1990。
【39】 楊哲勛, 「射頻磁控濺鍍氧化鎳製程條件對顯微結構與電性及光性之研究」, 國立成功大學材料科學及工程學系碩士論文, 2001。
【40】 M. Ohring, “ The Materials Science of Thin Films ”, Academic Press, New Jersey, 1992, 197, 224.
【41】 D. M. Mattox, J. Vac. Sci. Technol. 7 (1989) 1105-1113.
【42】 William F. Smith, Principles of Material Science and Engineering, 6 (1996) 707.
【43】 Denny A. Jones, “Principles And Prevention Of Corrosion”, 2nd ed. , Prentice Hill, Inc. 1996.
【44】 鮮祺振,腐蝕控制,徐氏基金會出版。
【45】 田福助,電化學理論與應用,新科技書局出版。
【46】 柯賢文,腐蝕及其防治,全華書局出版。
【47】 劉國雄等,工程材料科學,全華科技圖書公司出版。
【48】 楊國正,「不同起始粉末對鎳鐵鋁介金屬化合物製程的影響」,國立清華大學材料科學工程學系碩士論文,2001。
【49】 A.Taylor and et al., J.Appl. Cryst, 5 (1972) 210-215.
【50】 Darolia R., J. Met., 3 (1991) 43-44.
【51】 Jacobi H. and et al., J. Phys. Chem. Solids, 30 (1970) 1261.
【52】 C.T.Liu and et al., J. Mater.,4 (1993) 38-193.
【53】 J. Wind and et al., J. Power Sources 105 (2002) 256-260
【54】 R. Hornung, G. Kppelt, J. Power Sources 72 (1998) 20-21.
【55】 Philip L. Hentall and et al., J .Power Sources, 80 (1999) 235-241.
【56】 D.P. Davies and et al., J. Power Sources 86 (2000) 237-242.
【57】 H. Wang and et al., J. Power Sources 115 (2003) 243-251.
【58】 H. Wang and et al., J. Power Sources 128 (2004) 193-200.
【59】 J. Wind and et al., J. Power Sources, 105 (2002) 256-260.
【60】 M. Li and et al., Corros. Sci. 46 (2004) 1369-1380.
【61】 Cho, E.A and et al., J. Power Sources, 142 (2005) 177-183.
【62】 M.P. Brady and et al., Cost-effective surface modification for metallic bipolar plates, DOE FY 2004 Progress Report.
【63】 Hung, Y. and et al., ASME-The 2nd International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology, (2004)
【64】 Hung, Y. and et al., ASME-The 3rd International Conference on Fuel Cell Science, Engineering and Technology, (2005).
【65】 Shine, J. and et al., Int. J. Hydrogen Energy, 30 (2005) 1339-1344.
【66】 J. Jayaraj and et al., Sci. Technol. Adv. Mater., 6 (2005) 282–289.
【67】 Lee and et al., J. Mater. Process. Technol., 140 (2003) 688-693.
【68】 Kumar, A.; Reddy, R.G., J. Power Sources,129 (2004) 62-67.
【69】 T. Susai and et al., J. Power Sources, 92 (2001) 131-138
【70】 M. H. Oh and et al., Electrochimica Acta 50 (2004) 777-780.
【71】汪建民主編,材料分析,p443,中國材料科學學會,1998。
【72】 R.O.C Invention Patent Pending, Patent NO. 94145244.
【73】 G. Hoogers, “Fuel Cell Technology Handbook”, CPC Press, September 27, 2002.
【74】 Shuo-Jen Lee and et al., J. Power Sources 131 (2004) 162-168.
【75】 Nash P, Singleton M F, Murry J L. Phase Diagrams of Binary Nickel Alloys. Ed P. Nash, ASM International, Metals Park, OH, 1991, 1:3
【76】 A. Zalar and et al., Thin Solid Films, 270 (1995) 341-345
【77】 Hiroaki Okamoto, P.R. Subramanian and Linda Kacprzak, Binary Alloy Phase Diagrams, Second Edition Plus Updates, 1990.
【78】 王建義 編譯,薄膜工程學,全華科技圖書公司出版。
【79】 B.E. Warren,”X-ray Diffraction” (Addison-Wesely)Ch. 13
【80】 劉富雄,防蝕技術,全華科技圖書公司出版。
【81】 C.R. Clayton, Y.C. Lu, J. Electrochem. Soc. 133 (1986) 2965-2973
【82】 David R. Gaskell, Introduction To the Thermodynamics of Materials, Taylor & Francis
【83】 M. Abdallah, Materials Chemistry and Physics 82 (2003) 786-792.
【84】 陳建人,真空技術與應用,行政院國家科學委員會精密儀器發展中心出版。
【85】 Robert C. Makkus and et al., J. Power Sources 86 (2000) 274–282.
【86】 R. Holm, Electric Contacts Handbook, Springer-Verlag, Berlin, 1958.
【87】 R.S. Timsit, IEEE Trans. Comp. Packaging Tech. 22 (1999) 85-98.
【88】 Y.V. Sharvin, Sov. Phys. JETP 21 (1965) 655-662.
【89】 A. Kraytsberg and et al., J. Power Sources 164 (2007) 697-703.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔