คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับเทคโนโลยี "การเคลือบคาร์บอน" สำหรับแผ่นโลหะไบโพลาร์

ในเซลล์เชื้อเพลิงแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน เนื่องจากสภาวะภายในที่รุนแรง แผ่นโลหะสองขั้วจึงสามารถสึกกร่อนและทำให้ประสิทธิภาพลดลงได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเตรียมสารเคลือบตามการใช้งานบนพื้นผิวเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความทนทาน โดยทั่วไปการเคลือบจะต้องมีการนำไฟฟ้าที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม มีความสามารถในการชอบน้ำและไม่ชอบน้ำในระดับหนึ่ง มีความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดีและมีต้นทุนต่ำ ในขั้นตอนของการพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงแผ่นโลหะแบบไบโพลาร์และการประยุกต์ใช้ในตลาดขนาดเล็ก การเคลือบโลหะมีตระกูลถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของแผ่นโลหะแบบไบโพลาร์ เนื่องจากมีความยากลำบากในการเตรียมต่ำ ประสิทธิภาพการทำงานที่มั่นคง และความทนทานต่อสภาพการทำงานของเซลล์เชื้อเพลิงสูง อย่างไรก็ตาม ในขณะที่อุตสาหกรรมเซลล์เชื้อเพลิงค่อยๆ เคลื่อนตัวไปสู่การพัฒนาอุตสาหกรรมและการตลาด การเคลือบโลหะมีค่าที่มีต้นทุนสูงก็ค่อยๆ เกิดขึ้น ดังนั้นนักวิจัยจำนวนมากจึงเริ่มสำรวจและลองใช้ระบบวัสดุอื่นๆ ในหมู่พวกเขา การเคลือบที่มีคาร์บอนเป็นหนึ่งในวัสดุที่สามารถนำมาใช้ทดแทนการเคลือบโลหะอันมีค่าสำหรับการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของแผ่นโลหะสองขั้วได้อย่างคาดการณ์ได้

คาร์บอนมีหลาย allotropes ที่มีขนาดแตกต่างกัน เช่น ฟูลเลอรีน, ท่อนาโนคาร์บอน, เส้นใยนาโนคาร์บอน, แผ่นกราฟีน, เพชร ฯลฯ วาเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งสี่ของคาร์บอนมีลักษณะเฉพาะของวงโคจรลูกผสมของอิเล็กตรอนสามประการ: sp, sp2 และ sp3 ดังนั้นแต่ละตัวจึงมีความแตกต่างกันมาก คุณสมบัติ. โดยปกติแล้ว กราไฟท์จะประกอบด้วยคาร์บอนผสมไฮบริด sp2 ชั้นนอกสุดของมันมีอิเล็กตรอนสามตัวในวงโคจร sp2 สามเหลี่ยมเพื่อสร้างพันธะ σ และอิเล็กตรอนตัวที่สี่ในวงโคจร Pπ ก่อให้เกิดพันธะ π ตั้งฉากกับระนาบ σ ดังนั้นกราไฟท์จึงมีคุณสมบัติที่หลากหลาย โครงสร้างลาเมลลาร์แบบแอนไอโซทรอปิก โครงสร้างนี้ให้ค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม แต่ยังส่งผลให้มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำ เพชรมีโครงสร้างไฮบริด sp3 และเวเลนซ์อิเล็กตรอนสี่ตัวของอะตอมคาร์บอนถูกจัดสรรให้กับวงโคจร sp3 ที่มุ่งเน้นจัตุรมุข ซึ่งก่อตัวก่อตัวขึ้นโดยมีอะตอมที่อยู่ติดกัน พันธะ σ ที่แข็งแกร่ง ซึ่งให้ความต้านทานสูง ความเฉื่อยทางเคมี และความแข็งขั้นสุดยอด ระหว่างกราไฟท์และเพชร มีสารที่ประกอบด้วยโครงสร้างลูกผสม sp2 และ sp3 - คาร์บอนอสัณฐาน (aC)

AC ซึ่งส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปของการผสมพันธุ์ sp3 มีคุณสมบัติคล้ายกับเพชร จึงเรียกว่าคาร์บอนอสัณฐานคล้ายเพชร [1] AC ที่ประกอบด้วยโครงสร้างลูกผสม sp2 จำนวนมากเรียกว่าคาร์บอนอสัณฐานคล้ายกราไฟต์ AC สามารถเตรียมได้โดยกระบวนการที่แตกต่างกัน และ AC ที่เตรียมก็มีความหลากหลายเช่นกัน ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา นักวิจัยจำนวนมากได้ทำการวิจัยเชิงลึกและกว้างขวางเกี่ยวกับการเตรียมและการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของ AC ซึ่งได้ส่งเสริมการพัฒนาอย่างรวดเร็วและความสำเร็จของวัสดุนี้ในเครื่องจักร เซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และการใช้งานอื่นๆ

สำหรับการใช้งานแผ่นโลหะแบบไบโพลาร์ การเคลือบผิวต้องไม่เพียงแต่มีการนำไฟฟ้าที่ดีเพื่อลดความต้านทานต่อการสัมผัสเท่านั้น แต่ยังมีความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าเพื่อยับยั้งการตกตะกอนของไอออนของโลหะในสภาพแวดล้อมของเซลล์เชื้อเพลิงที่รุนแรง ดังนั้นคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของ AC จึงสอดคล้องกับข้อกำหนดการใช้งานของการเคลือบแผ่นโลหะสองขั้วอย่างมาก องค์ประกอบโครงสร้างจุลภาคของ aC สามารถปรับได้ตามกระบวนการเตรียมการและสภาวะของพารามิเตอร์ที่แตกต่างกัน ซึ่งจะเปลี่ยนความแข็ง ความเฉื่อยทางเคมี การนำไฟฟ้า และคุณสมบัติอื่นๆ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดทางเทคนิคของแผ่นโลหะสองขั้ว

เนื่องจากเทคโนโลยีสุญญากาศมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันจึงมีวิธีการเตรียม AC ที่หลากหลาย มีการบูรณาการและเรียนรู้วิธีการเตรียมการที่หลากหลายเพื่อพัฒนาสาขาด้านเทคนิคที่มีลักษณะแตกต่างกัน สิ่งที่พบบ่อยที่สุดและทั่วไปมีดังนี้:

การสปัตเตอร์แมกนีตรอนเป็นวิธีการเคลือบ PVD ที่ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อเพิ่มอัตราการแตกตัวเป็นไอออนของก๊าซสปัตเตอร์เพื่อเพิ่มผลผลิตการสปัตเตอร์ ผ่านการปรับปรุงหลายอย่างและได้รับชุดของความสมดุล, ไม่สมดุล, AC, พัลส์ ฯลฯ สาขาทางเทคนิค มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบแผ่นโลหะสองขั้วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ชั้นฟิล์มที่เตรียมด้วยวิธีนี้มักจะมีความหนาแน่นและความเรียบที่ดี และสามารถรักษาพื้นผิวให้มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำในระหว่างกระบวนการเคลือบ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเท่านั้น แต่ยังช่วยลดผลกระทบของความร้อนที่เกิดจากพื้นผิวบนฟิล์มด้วย ชั้น. ผลเสียต่อองค์กร

การสะสมไอสารเคมีที่เสริมพลาสมา (PECVD) เป็นเทคโนโลยีการสะสมไอที่แนะนำพลาสมาอุณหภูมิต่ำเข้าสู่ระบบ CVD เนื่องจากการมีอยู่ของพลาสมาจะช่วยเพิ่มกิจกรรมทางเคมีของสารที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งจะช่วยลดอุณหภูมิในการสร้างฟิล์มและเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา เชและคณะ เตรียมฟิล์มคาร์บอนอสัณฐานที่มีไฮโดรเจนซึ่งสามารถนำไปใช้กับแผ่นไบโพลาร์ผ่าน PECVD อัตราการสะสมสามารถเกือบ 40 นาโนเมตร/นาที ในขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการเตรียมการในระดับสูง

การชุบไอออนแบ่งส่วนใหญ่ออกเป็นสองประเภท: การชุบไอออนแบบระเหยและการชุบไอออนแบบสปัตเตอร์ เป็นเทคโนโลยีที่ทำให้วัสดุเคลือบแตกตัวเป็นไอออนและสะสมไว้บนพื้นผิวของสารตั้งต้น การทิ้งระเบิดของไอออนพลังงานสูงไม่เพียงแต่จะสร้างชั้นการแพร่กระจายหลอกที่ส่วนต่อประสานของฟิล์ม/สารตั้งต้นเท่านั้น ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะ แต่ยังสร้างข้อบกพร่องที่มีความหนาแน่นสูงบนพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งเพิ่มความหนาแน่นของนิวเคลียสอย่างมาก และเพิ่ม ความเร็วในการขึ้นรูปฟิล์ม

AC มีความก้าวหน้าในการวิจัยค่อนข้างมากในการประยุกต์ใช้การเคลือบแผ่นโลหะสองขั้ว ยูและคณะ เตรียม AC บนสแตนเลส 316L ผ่านการชุบไอออนแบบพัลส์ไบแอส เนื่องจากการมีอยู่ของกลุ่ม sp2 จำนวนมาก จึงทำให้มีเส้นทางการอพยพของอิเล็กตรอน ซึ่งช่วยลดความต้านทานการสัมผัสของเมทริกซ์ได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการสะสมของความเครียดภายในฟิล์มและอิทธิพลของความเครียดจากความร้อนในระหว่างขั้นตอนการเตรียม เมมเบรน AC ที่เตรียมไว้บนพื้นผิวของแผ่นโลหะสองขั้วมีแนวโน้มที่จะแตกร้าวและหลุดออก ทำให้ยากต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความทนทานสูง ในการใช้งานจริง ดังนั้น หลายๆ คนจึงทำการวิจัยที่มุ่งเน้นการลดความเครียดภายในเมมเบรนและปรับปรุงความแข็งแรงการยึดเกาะของฐานเมมเบรน

การเตรียมชั้นทรานซิชันของโลหะและการเติมอะตอมของโลหะเพื่อปรับปรุงแรงยึดเกาะเป็นวิธีหนึ่งที่ชัดเจนยิ่งขึ้น การนำอะตอมของโลหะเข้ามาจะช่วยลดความเครียด ความแข็ง และโมดูลัสของยังภายในฟิล์ม นักวิจัยบางคนเตรียมชั้นการเปลี่ยนผ่าน W บนพื้นผิวของสารตั้งต้นก่อนเตรียมฟิล์มคาร์บอน และเปรียบเทียบฟิล์มคาร์บอนที่มีชั้น W กับตัวอย่างฟิล์มคาร์บอนบริสุทธิ์ ผลการวิจัยพบว่าตัวอย่างฟิล์มคาร์บอนที่มีชั้นเปลี่ยนผ่าน W มีความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดีกว่า

                                                                              ผลการทดสอบการขีดข่วนระดับนาโนของฟิล์ม AC

เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคพิเศษของ aC ไม่เพียงแต่พันธะ sp2 และ sp3 เท่านั้นที่สามารถอยู่ร่วมกันในระบบฟิล์มคาร์บอนได้ แต่ยังทำให้อะตอมของธาตุอื่นๆ ถูกเจือด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเติมอะตอมโลหะประเภทและความเข้มข้นที่แตกต่างกันจะช่วยควบคุมเนื้อหาของพันธะลูกผสมที่แตกต่างกันในฟิล์มคาร์บอนได้อย่างมาก โลหะเจือสามารถมีอยู่ในรูปของคาร์ไบด์ คลัสเตอร์โลหะ และออกไซด์ของโลหะ รูปแบบการดำรงอยู่ที่แตกต่างกัน อีกทั้งยังทำให้ฟิล์มคาร์บอนมีสมรรถนะที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น Li และคณะ ใช้เทคโนโลยีสปัตเตอร์แมกนีตรอนสมดุล DC เพื่อเตรียมฟิล์ม AC ด้วยปริมาณ Ti-doped ที่แตกต่างกันบนพื้นผิวสแตนเลส 316L Ti doping ช่วยปรับปรุงโครงสร้างของฟิล์ม aC อย่างมีนัยสำคัญ หลีกเลี่ยงการเติบโตของผลึกเรียงเป็นแนวขนาดใหญ่ และเพิ่มความหนาแน่นของชั้นฟิล์ม การแนะนำอะตอม Ti ส่งเสริมการผสมพันธุ์ sp2 ของฟิล์ม aC และการเพิ่มปริมาณการเติม Ti จะส่งเสริมการก่อตัวของคาร์ไบด์ ซึ่งจะปรับปรุงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของฟิล์มอย่างมีนัยสำคัญ

                                                                       ภาพตัดขวางของฟิล์ม AC หลัง Ti doping

โดยทั่วไป การมีอยู่ของโลหะที่เจือปนในฟิล์ม AC จะแตกต่างกัน โดยมีสาเหตุหลักมาจากอิทธิพลของปริมาณของการเติมโลหะ Zhang ใช้เทคโนโลยีสปัตเตอร์แมกนีตรอนที่ไม่สมดุลในสนามปิดเพื่อเตรียมฟิล์ม AC ที่มีปริมาณสารโด๊ป Ag และ Cr ต่างกันบนพื้นผิว 316L เนื่องจากการมีอยู่ของเฟสโลหะอ่อน Ag จะเพิ่มระดับการแพร่กระจายของอะตอมที่สะสมไว้ เมื่อความเข้มข้นของการรวมตัวของ Ag เพิ่มขึ้น การกระจายตัวทางสัณฐานวิทยาของพื้นผิวของฟิล์มคาร์บอนจะค่อยๆ สม่ำเสมอ และ Ag จะค่อยๆ เติบโตในรูปแบบของการรวมตัวของคลัสเตอร์ เมื่อ Cr ถูกเจือและมีความเข้มข้นถึงระดับหนึ่ง นาโนคริสตัลของ Cr คาร์ไบด์จะตกตะกอนในฟิล์ม ทำให้เกิดการหดตัวของขนาดในพื้นที่ใกล้เคียงเพื่อให้บรรลุผลในการส่งเสริมความหนาแน่นของฟิล์ม ไม่เพียงเท่านั้น การเติม Ag และ Cr ร่วมกันสามารถปรับปรุง ID/IG ของ Raman ได้อย่างมาก ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มอัตราส่วน sp2 ในภาพยนตร์เท่านั้น แต่ยังทำให้การกำหนดค่าพันธะ sp2 มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นอีกด้วย

                                                   สัณฐานวิทยาของฟิล์ม AC ภายใต้ความเข้มข้นของยาสลบ Ag และ Cr ที่แตกต่างกัน

อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่ายิ่งความเข้มข้นขององค์ประกอบยาสลบสูง ประสิทธิภาพโดยรวมของภาพยนตร์ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น แม้ว่าการเติม Ag ที่มีความเข้มข้นสูงจะเพิ่มเส้นทางการส่งผ่านอิเล็กตรอนในชั้นฟิล์ม แต่กระจุก Ag ขนาดใหญ่ที่ฝังอยู่จะกลายเป็นเขตการกัดกร่อนพิเศษ ทำให้เกิดเส้นทางสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่จะแพร่กระจายเข้าไปในชั้นฟิล์ม และเนื่องจากการละลายของคลัสเตอร์นาโน Ag และการสร้าง Cr ออกไซด์ ICR จะเติบโตขึ้นหลังจากการโพลาไรเซชันแบบโพเทนชิโอสแตติก

                                                                       ICR เปลี่ยนแปลงหลังจากการทดสอบความต้านทานการกัดกร่อน

มีกระบวนการมากมายในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแผ่นโลหะสองขั้วโดยการปรับโครงสร้างของสารเคลือบคาร์บอนอสัณฐาน และทุกคนก็ทำงานกันอย่างหนักเพื่อพัฒนาและทดลองใช้ในหลายทิศทาง อย่างไรก็ตาม วิธีปรับปรุงอายุการใช้งานของเพลตไบโพลาร์ในขณะที่ลดต้นทุนนั้นเป็นประเด็นหลักสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่มาโดยตลอด นอกจากนี้ เอฮิเซ็นยังได้ดำเนินการวิจัยและตรวจสอบความถูกต้องในด้านต่างๆ ข้างต้นเป็นจำนวนมาก และมีระบบการประเมินเพลทแบบไบโพลาร์ที่สมบูรณ์ ด้วยการสื่อสารเชิงลึกและความร่วมมือกับซัพพลายเออร์ Ehisen พัฒนาส่วนประกอบแผ่นโลหะสองขั้วประสิทธิภาพสูง ปัจจุบัน แผ่นไบโพลาร์โลหะเคลือบคาร์บอนล่าสุดที่ Ehisen ใช้นั้นได้ผ่านการทดสอบประสิทธิภาพที่ครอบคลุมและการทดสอบความทนทานทางออนไลน์อย่างเข้มงวด และเพียงพอที่จะรองรับอายุการใช้งานกองซ้อนมากกว่า 20,000 ชั่วโมง การใช้แผ่นไบโพลาร์โลหะเคลือบคาร์บอนเจเนอเรชั่นใหม่ไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของสแต็กจากเดิมเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนของสแต็คได้อย่างมากอีกด้วย

แผ่นโลหะสองขั้วที่ใช้ไทเทเนียม

แผ่นไทเทเนียมไบโพลาร์บริสุทธิ์

คลิกที่ชื่อผลิตภัณฑ์เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์!