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交通污染对环境的影响很大,所以我们需要清洁高效的燃料电池汽车对其改良。燃料电池汽车中的关键装置燃料电池是在不需要燃烧的前提下就可以直接把化学能转变为电能的装置。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)因为具备比功率高、低温启动速度快、高寿命等原因被广大研究员青睐,拥有广泛的商业化前景。双极板是PEMFC的关键组件,它的好坏决定着PEMFC工作寿命、输出功率等性能的优良。在PEMFC工作环境中钛金属双极板的接触电阻较大,而对双极板进行表面改性则是解决这一问题的良方之一。本文采用双辉光等离子表面改性技术在钛金属TA1表面制备了 Zr改性层和ZrC改性层。首先使用控制变量法探究了制备Zr-TA1和ZrC-TA1双极板的合理工艺参数。之后探究了 Zr-TA1和ZrC-TA1板的表面组织形貌和元素变化,并且在对双极板的耐腐蚀性能、极化前后导电性能、疏水性能、稳定性能等性能进行了分析对比。结果表明Zr-TA1和ZrC-TA1双极板的表面均匀、平整、致密且没有明显的缺陷。改性层的厚度为3μm左右,扩散层厚度为1μm左右。在模拟PEMFC阴极和阳极环境中对Zr-TA1和ZrC-TA1板进行了动电位极化和恒电位极化测试。在动电位极化测试中,Zr-TA1的腐蚀电位比未改性TA1的腐蚀电位高0.3V,ZrC-TA1的腐蚀电位比Zr-TA1的腐蚀电位高0.15V。并且ZrC-TA1板腐蚀电流密度是最低的,为1.03μA cm-2(阴极)和-0.29μA cm-2(阳极),说明ZrC-TA1双极板具备更好的耐腐蚀性。在模拟PEMFC阴极环境下的恒电位极化曲线测试中,未改性TA1、Zr-TA1和ZrC-TA1 的腐蚀电流密度为 61.67μA cm-2、5.51μA cm-2和 1.03μA cm-2。而在模拟PEMFC 阳极环境下,Zr-TA1和ZrC-TA1都的腐蚀电流密度为-4.89μA cm-2和-0.29μA cm-2,说明Zr和ZrC改性层都具有阴极保护效应。然后对进行恒电位极化曲线测试后的样品进行了表面形貌观察,发现未改性TA1的表面腐蚀严重,而表面改性后的Zr-TA1和ZrC-TA1样品的表面受腐蚀程度较低。上述结果说明在进行对比的双极板中,ZrC-TA1的稳定性和耐腐蚀性最好,Zr-TA1的性能稍差,未改性双极板的性能最差。在压应力为1.4MPa的接触电阻测试中发现ZrC-TA1板的接触电阻最低(7.7mΩcm~2),Zr-TA1板的接触电阻稍高(15.5mΩcm~2),未改性TA1板的接触电阻最高(113.5mΩcm~2)。在进行在模拟PEMFC阴极和阳极环境下的恒电位极化测试之后,未改性TA1板的接触电阻为395.3mΩ cm~2和323.5mΩ cm~2;Zr-TA1板的接触电阻为 11.3 mΩ cm~2和11.1 mΩ cm~2;ZrC-TA1 板的接触电阻为 25.8mΩ cm~2 和 23.8mΩcm~2,说明ZrC-TA1板的稳定性和耐腐蚀性较好。除此之外,未改性TA1、Zr-TA1和ZrC-TA1板的水接触角大小依次上升:76°、94°和105°,说明ZrC-TA1双极板具备最优异的疏水性能。