- Код статьи
- S3034618525080028-1
- DOI
- 10.7868/S3034618525080028
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 61 / Номер выпуска 8
- Страницы
- 367-379
- Аннотация
- Представлены результаты исследования титановых биполярных пластин топливных элементов с протонообменной мембраной с функциональными покрытиями на основе нитрида, карбида и карбонитрида хрома, полученных методом магнетронного распыления хромовой мишени в плазме аргона с различным содержанием азота и пропана. Исследована микроструктура и морфология чистых пленок CrN и CrC на титане и композитных покрытий карбонитрида хрома CrNС. Показано, что защитные пленки карбида хрома, полученные за счет добавления в плазму аргона пропана, показывают повышенное контактное поверхностное сопротивление на границе газодиффузионный электрод/биполярная пластина (CrC: = 119.4 мОм·см). Однако для покрытий карбонитрида хрома этот показатель составляет всего 1.9 мОм·см, что ниже, чем на чистых пленках CrC, и значительно ниже, чем для титана без покрытия (Ti: = 38.9 мОм·см). Это является важным показателем для использования таких биполярных пластин в энергоустановках на топливных элементах с высокими удельными характеристиками. Коррозионные измерения, проведенные по общепринятым методикам, показали, что ток коррозии для карбонитрида хрома был менее 1 мкА/см, что лучше, чем на непокрытом титане и чистых пленках CrN и Cr C.
- Ключевые слова
- топливный элемент с протонообменной мембраной биполярная пластина титан защитные покрытия ток коррозии поверхностное контактное сопротивление
- Дата публикации
- 25.02.2026
- Год выхода
- 2026
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 14
Библиография
- 1. Papageorgopoulos, D., 2019 Annual Merit Review and Peer Evaluation Meeting. Fuel Cell R&D Overview. U.S. Department of Energy. Fuel Cell Technologies Office, 2019. https://www.hydrogen.energy.gov. Accessed January 14, 2020.
- 2. Thompson, S.T., Brian, D.J., Huya-Kouadio, J.M., et al., Direct hydrogen fuel cell electric vehicle cost analysis: System and high-volume manufacturing description, validation, and outlook, J. Power Sources, 2018, vol. 399, p. 304. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.07.100
- 3. Zhang, C., Ma, J., Liang, X., et al., Fabrication of metallic bipolar plate for proton exchange membrane fuel cells by using polymer powder medium based flexible forming, J. Mater. Process, 2018, vol. 262, p. 32. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.06.014
- 4. Elyasi, M., Khatir, F.A., and Hosseinzadeh, M., Manufacturing metallic bipolar plate fuel cells through rubber pad forming process, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2016, vol. 89 (9–12), p. 3257. https://doi.org/10.1007/s00170-016-9297-6
- 5. Jin, J., Zhang, J., Hu, M., and Li, X., Investigation of high potential corrosion protection with titanium carbonitride coating on 316L stainless steel bipolar plates, Corrosion Sci., 2021, vol. 191, 109757. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109757
- 6. Wang, H. and Turner, J.A., Reviewing metallic PEMFC bipolar plates, Fuel Cell, 2010, vol. 10, p. 510. https://doi.org/10.1002/fuce.200900187
- 7. Jeong, K.I., Oh, J., Song, S.A., et al., A review of composite bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells: electrical properties and gas permeability, Compos. Struct., 2021, vol. 262, p. 113617. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113617
- 8. Liu, R., Jia, Q., Zhang, B., et al., Protective coatings for metal bipolar plates of fuel cells: a review, Int. J. Hydrogen Energy, 2022, vol. 47, p. 22915. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.05.078
- 9. Jiao, K., Xuan, J., Du, Q., et al., Designing the next generation of proton-exchange membrane fuel cells, Nature, 2021, vol. 595, p. 361. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03482-7
- 10. Нефедкин, С.И., Гутерман, В.Е., Алексеенко, А.А. и др. Российские технологии и наноструктурные материалы в системах с высокой удельной мощностью на основе водородно-воздушных топливных элементов с открытым катодом. Нанотехнология в России. 2020. Т. 15. С. 370. @@ Nefedkin, S.I., Guterman, V.E., Alekseenko, A.A., et al., Russian Technologies and Nanostructural Materials in High Specific Power Systems Based on Hydrogen—Air Fuel Cells with an Open Cathode, Nanotechnol. Russia, 2020, vol. 15, p. 370.
- 11. Nefedkin, S.I., Klimova, M.A., Glasov, V.S., et al., Effect of the corrugated bipolar plate design on the self-humidification of a high-power density PEMFC stack for UAVs, Fuel Cells, 2021, vol. 21, p. 1. https://doi.org/10.1002/fuce.202000163
- 12. Wu, S., Yang, W., Yan, H., et al., A review of modified metal bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells, Int. J. Hydrogen Energy, 2021, vol. 46, p. 8672. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.12.074
- 13. DOE Technical Targets for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Components. https://www.energy.gov/eere/fuelcells/doc-technical-targets-polymer-electrolyte-membrane-fuel-cell-components. Accessed January 14, 2020.
- 14. Jeong, K.I., Oh, J., Song, S.A., et al., A review of composite bipolar plates in proton exchange membrane fuel cells: electrical properties and gas permeability, Compos. Struct., 2021, vol. 262, p. 113617. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113617
- 15. Zhang, D., Du, L., Guo, L., et al., TiN coated titanium as the bipolar plate for PEMFC by multi-arc ion plating, Int. J. Hydrogen Energy, 2011, vol. 36 (15), p. 9155.
- 16. Duan, L., Zhang, D., Guo, L., and Wang, Z., Corrosion behavior of TiN-coated titanium as bipolar plates for PEMFC by multi-arc ion plating, J. Nonferrous Metals, 2011, vol. 21 (1), p. 159.
- 17. Liu, W., Jiao, D., Ding, H., et al., Corrosion resistance of CrN film deposited by high-power impulse magnetron sputtering on SS304 in a simulated environment for proton exchange membrane fuel cells, Int. J. Hydrogen Energy, 2023, vol. 48 (66), p. 25901. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.03.265
- 18. Li, S., Jin, R., Li, S., et al., High corrosion resistance and conductivity of AlO/CrN coating for metal bipolar plates in PEMFCs: AlO hinders CrN columnar crystals growth, Int. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 50, p. 805.
- 19. Zhou, H., Jiao, D., Ding, H., et al., Effect of magnetron sputtering C-doped CrN film on the conductivity and corrosion resistance of 304 stainless steel bipolar plates, Surf. Coat. Technol., 2024, vol. 483, 130769. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130769
- 20. Kachalin, G.V., Mednikov, A.F., Tkhabisimov, A.B., and Sidorov, S.V., Study of the wear resistance of ion-plasma coatings based on titanium and aluminum and obtained by magnetron sputtering, J. Phys. Conf. Ser., 2017, vol. 857, p. 012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/857/1/012016
- 21. Нефедкин, С.И., Рябухин, А.В., Елецких, В.Е., Болдин, Р.Г., Михневич, В.Д., Климова, М.А., Магнетронная технология изготовления электронов электролизеров с протонообменной мембраной. Электрохимия. 2024. Т. 60. С. 221. @@ Nefedkin, S.I., Ryabukhin, A.V., Eletskikh, V.E., Boldin, R.G., Mikhnevich, V.D., and Klimova, M.A., Magnetron Technology for Manufacturing of Electrodes for Electrolyzers with Proton-Exchange Membranes, Russ. J. Electrochem., 2024, vol. 60, p. 200.
- 22. Григорьев, И.С., Мейлихов, Е.З. Физические величины: Справочник.: М.: Энергоатомиздат, 1991, 1232 с. @@ Grigoriev, I.S. and Meilikhov, E.Z., Physical quantities, Moscow: Energoatomizdat, 1991. 1232 p.
