High corrosion resistance and conductivity of Al2O3/CrN coating for metal bipolar plates in PEMFCs: Al2O3 hinders CrN columnar crystals growth

材料科学 质子交换膜燃料电池 腐蚀 涂层 纳米复合材料 复合材料 微观结构 电化学 接触电阻 电流密度 冶金 电极 化学工程 图层(电子) 燃料电池 化学 物理化学 工程类 物理 量子力学
作者
Shuan Li,Rumei Jin,Li Song,Linlin Wang,Zewei Xie,Xingguo Li,Zhiqiang Wang
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:50: 805-816 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.09.052
摘要

An excellent corrosion-resistant and good conductivity coating is desired for metal bipolar plate (BP) in proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). In this view, a novel strategy to achieve this aim by introducing Al2O3 into CrN film. Al2O3/CrN nanocomposite coatings are first prepared by co-sputtering. Subsequently, the microstructure, electrochemical corrosion resistance, interfacial contact resistances (ICR) and contact angle are systematically investigated. As a result, Al2O3/CrN nanocomposite coating shows a low corrosion current density of 0.084 μA/cm2 in room temperature and a low corrosion current density of 0.39 μA/cm2 at 70 °C, which highly meets the requirement of U.S. DOE 2025 targets. Besides, Al2O3/CrN nanocomposite coating displays a superior durability to pure Au film. It is revealed that Al2O3 can hinder the growth of CrN columnar crystals and result in coating amorphization, which is the mechanism of Al2O3-promoted the CrN corrosion resistance. Furthermore, Al2O3/CrN coating also exhibits an excellent electrical conductivity, featuring a smaller ICR of 3.09 mΩ cm2. Inspired by these results, introducing Al2O3 into CrN coatings can provide enlightening insights to design new non-noble-metal coatings for metal BP in future PEMFC manufacturing.
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