Title

EVALUATING METALLIC BIPOLAR PLATES FOR PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELLS

AVALIANDO PLACAS BIPOLARES METÁLICAS PARA PILHAS A COMBUSTÍVEL DE MEMBRANA TROCADORA DE PRÓTONS

Authorship

Junior, Fernando Rodrigues da Silva; Miranda, Paulo Emílio Valadão de; Serra, Eduardo Torres; Soares, Guilherme Fleury Wanderley; Furtado, José Geraldo de Melo

Junior, Fernando Rodrigues da Silva

I am this author

Miranda, Paulo Emílio Valadão de

I am this author

Serra, Eduardo Torres

I am this author

Soares, Guilherme Fleury Wanderley

I am this author

Furtado, José Geraldo de Melo

I am this author

DOI

10.5151/2594-5327-0374

Downloads

Abstract

Pilha a combustível de membrana trocadora de prótons é uma das mais promissoras tecnologias de geração de energia elétrica. As placas separadoras são componentes fundamentais da pilha e são normalmente produzidas com materiais à base de carbono, que apresentam problemas de fragilidade e elevados volume e custos de fabricação. O propósito deste trabalho é desenvolver uma metodologia para avaliação de materiais metálicos para aplicação em placas separadoras e selecionar os materiais mais promissores para pesquisas ulteriores. Amostras de aço inoxidável AISI316L não revestidas ou revestidas com nitreto de titânio, nitreto de cromo, nitretação iônica e DLC (diamond like carbon) foram avaliadas quanto à resistência de contato interfacial (RCI) e resistência à corrosão em meios simulando as condições usuais em uma pilha. Os resultados mostram que o aço AISI316L revestido com nitreto de titânio e nitreto de cromo apresentaram melhores desempenhos, contudo inferior às placas à base de grafita. O aço AISI316L revestido com nitreto de titânio apresentou um valor de RCI da ordem de 14 miliohms x cm2 em 140 N/cm2. Os testes de corrosão mostraram que as amostras revestidas com nitreto de cromo foram mais resistentes que àquelas revestidas com nitreto de titânio, especialmente em pH igual a zero.

The proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) is one of the most promising technologies for electric energy generation, and bipolar plates are key components of a PEMFC stack. The aim of this work is to evaluate the electrical and corrosion behaviors of stainless steel-based metallic bipolar plates through the development of a methodology that includes the simulation of the PEMFC operating conditions. Uncoated and coated AISI316L stainless steel samples were evaluated in terms of their interfacial contact electrical resistance (ICR) and corrosion behavior in conditions that simulated the PEMFC anodic and cathodic environments. Four types of coating were studied: titanium nitride, chromium nitride, diamond-like carbon and ion-nitriding. The microstructural characterization was made by optical and scanning electron microscopy. The obtained results show that titanium nitride and chromium nitride coated AISI316L presented the best performances, however, still inferior to those of carbon-based materials. The titanium nitride coated AISI316L stainless steel presented an ICR value of 14 milliohms x cm2 at 140 N/cm2. The corrosion tests showed that chromium nitride coated samples were more resistant than titanium nitride coated samples, especially in a zero pH solution.

Keywords

Placas bipolares metálicas; Caracterização elétrica; PEMFC.

metallic bipolar plates, electrical characterization, PEMFC.