1.1 引言 . 1 

1.2 燃料电池的特点  1 

1.3 燃料电池的分类  2 

1.4 质子交换膜燃料电池 .. 2 

1.4.1 质子交换膜燃料电池的组成 2 

1.4.2 质子交换膜燃料电池的工作原理.. 3 

1.4.3 质子交换膜燃料电池的发展状况.. 4 

1.5 质子交换膜燃料电池的双极板  5 

1.5.1 双极板所处的环境.. 5 

1.5.2 双极板的特点 5 

1.5.3 双极板材料简介. 6 

1.6 化学镀技术 . 9 

1.6.1 化学复合镀技术. 9 

1.6.2 化学复合镀机理研究进展.. 9 

1.7 TiN 薄膜技术 .. 10 

1.7.1 TiN 薄膜结构和性质 .. 10 

1.7.2 TiN 薄膜性能和结构的影响因素 . 10 

1.8 本课题的研究内容与意义. 11 

1.8.1 本课题的研究内容. 11 

1.8.2 本课题的研究意义. 11 

第二章 实验与测试  12 

2.1 实验原料 12 

2.2 实验仪器 12 

2.3 预镀. 13 

2.4 镀层制备 14 

2.5 测试表征 14 

第三章 结果与讨论  17 

3.1 316L 不锈钢表面涂层的物象和微观组织分析 .. 17 

3.1.1 涂层表面 SEM 形貌. 17 

3.1.2 能谱分析 18 

3.1.3 涂层厚度 19 

3.1.4 添加 TiN 纳米粒子对显微硬度的影响 20 

3.1.5 XRD.. 21 

3.2 模拟质子交换膜燃料电池环境中双极板的耐腐蚀性能分析 22 

3.2.1 动点位极化曲线 22 

3.2.2 恒电位极化曲线 24 

3.2.3 电化学阻抗谱测试. 26 

结论 . 28 

致谢 . 30 

参考文献 .. 31

第一章 绪论

1.1  引言

从古至今，能源作为国民经济发展和社会文明进步的基石，给人们发展提供 了重要的帮助，是人类社会可持续发展的重要保障[1]。20 世纪，人类通过燃烧含 碳化石燃料，可以获取其中的化学能并将其转化为人们所求的能量，这种能量转 换过程通常被称为热机过程。但卡诺循环会限制热机过程，不仅转换效率低，造 成能源的严重浪费，还会向大气环境排放大量粉尘、氮氧化物、二氧化碳和硫氧 化物等有害物质以及噪声，直接威胁着人类的生存环境[2]。进入 21 世纪，受到 能源短缺、能源过度使用造成的环境污染以及能源供应安全等多方面影响，能源 领域格局正在发生巨大变化。这些变化不仅体现在能源结构多元化、新能源比重 逐步上升、避免对化石能源的过度依赖，还体现在能源利用技术体系和新型能用 供应方面，即在高效、安全的同时还要求做到清洁、可持续发展。

燃料电池从本质上来说是一种将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装 置[3]。拥有高发电效率、清洁等优点，是一种环境友好型的能量转换装置，被认 为是现今首选的清洁、高效的发电技术。

1.2  燃料电池的特点

燃料电池相较于传统能源，特点如下所述：

（1） 能源转换效率高

燃料电池转换效率理想情况下可以达到 85%～90%，在日常使用中会受到各 种条件限制，其实际能量转换效率近有 40%～60%。因此，进一步提高能源转换 效率是燃料电池发展的目标。

（2） 环境友好 氢气和富氢气体通常被人们当作燃料电池燃料的主要选择。如果燃料选用富氢气体，二氧化碳的排放量相较于热机过程，可降至 60％以下；如果燃料选用氢气，发生化学反应只能生成水，可以实现对大气的零污染。在环境污染日益严重 的今天，燃料电池环保的特性给其带来了很大的发展。