Corrosion resistance and electrical conductivity of Ta-modified Titanium bipolar plates for PEMFC

材料科学 腐蚀 微观结构 涂层 质子交换膜燃料电池 钝化 钛合金 合金 基质(水族馆) 溅射沉积 图层(电子) 复合材料 冶金 溅射 薄膜 燃料电池 化学工程 纳米技术 工程类 海洋学 地质学
作者
Hongwei Chu,Xi Meng,Yu Pan,Zhiwei Yuan,Xiao Wang,Lu Li,Haiguang Huang,Muhammad Dilawer Hayat
出处
期刊:Corrosion Engineering Science and Technology [Informa]
标识
DOI:10.1177/1478422x241307512
摘要

Titanium alloy bipolar plates hold significant promise for proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) due to their high specific strength, excellent machinability and low density. However, the surface oxide film readily reacts with fluoride ions (F − ) in service environments, forming porous, layered fluorotitanium compounds that compromise service life and stability. To overcome these limitations, this study utilised magnetron sputtering to deposit a 1 μm-thick tantalum (Ta) coating on TA1 titanium alloy substrates. The microstructure, corrosion resistance and electrical conductivity of the Ta-coated samples were systematically investigated and the mechanisms underlying their enhanced performance were analysed. Results showed that the Ta coating featured a dense, uniform microstructure with strong adhesion to the substrate and no detectable metallurgical defects. A gradient distribution of elements within the diffusion layer further strengthened the coating-substrate interface. Moreover, the formation of a Ta 2 O 5 passivation film on the coating surface effectively inhibited fluoride-induced corrosion, reducing the contact resistance from 69.9 to 31.7 mΩ·cm 2 . These findings provide critical theoretical insights and practical guidance for enhancing the corrosion resistance and electrical conductivity of titanium alloy bipolar plates, paving the way for their broader application in PEMFC systems.
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