● 摘要
燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池作为清洁、高效的新型能源，在未来车载驱动、便携式电源等方面有着广阔的应用前景。双极板作为质子交换膜燃料电池的关键部件，其材料的选择将对燃料电池的商业化进程起着决定性的作用。本文综合考虑双极板用材的特殊要求以及非晶合金的特性，系统分析了非晶材料用于制备燃料电池双极板的可行性，研究了Zr55Cu30Al10Ni5、FeSiB非晶合金基本性能、高温下的压缩变形特性以及热压成型工艺，探讨了利用非晶合金制作微型双极板原型的热压成型工艺的可行性。通过XRD分析、DSC热力学分析、力学性能试验及显微硬度测试等手段对其与双极板要求的相关性能进行了研究，从比强度、抗腐蚀性、导电性以及加工成型性等方面系统论证了制备燃料电池双极板的可行性。结果表明，Zr55Cu30Al10Ni5非晶合金具有较宽的过冷液相区，便于在避免晶化的前提下进行热压成型；而对于FeSiB非晶合金，在一定的温度范围内其孕育期随着温度的升高而缩短。Zr55Cu30Al10Ni5与FeSiB非晶合金均具有较高的比强度，不仅保证了非晶材料在双极板上的应用，而且可较其它金属制备成更薄的双极板，有利于提高双极板的体积比功率。根据非晶材料在各个方面的优势，确定了非晶材料是用于制备燃料电池双极板的理想候选材料。通过高温压缩、热压成型等手段研究了非晶合金在过冷液相区间温度范围内的应力-应变关系，探讨了非晶合金高温下的变形行为。结果表明，在恒定温度下非晶合金在孕育期时间范围内可保留其非晶态不变。温度和压力是影响非晶合金高温变形及晶化的重要因素。在同一压力条件下，温度越低，非晶合金模压后的晶化程度越明显；在同一温度条件下，加载压力越高非晶合金模压后的晶化程度越明显。利用FeSiB非晶薄片对非晶合金进行了模压成型的尝试。