티타늄 양극판은 탁월한 내식성, 경량 특성 및 기계적 내구성으로 인해 양성자 교환막(PEM) 연료 전지의 중추적인 구성 요소로 등장했습니다. 그러나 티타늄의 자연 산화물 층의 본질적인 한계로 인해-특히 높은 전기 저항성-으로 인해 성능을 최적화하려면 고급 표면 코팅이 필요합니다. 현대 코팅 기술은 전도성을 강화하고, 전기화학적 분해를 방지하고, 연료 전지의 가혹한 작동 조건에서 장기적인 안정성을 보장함으로써 이러한 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.-
흑연 또는 다이아몬드와 같은 탄소-(DLC)와 같은 기존의 탄소{0} 기반 코팅은 기계적 접착 및 열팽창 호환성에 취약한 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 전이 금속 탄화물 및 질화물(예: 질화 티타늄, 질화 크롬)과 같은 금속 코팅은 우수한 전기적 성능을 제공하지만 종종 미세 균열이나 핀홀과 같은 결함이 발생합니다. 고급 마그네트론 스퍼터링 및 플라즈마{6}} 강화 공정을 포함한 물리 기상 증착(PVD) 기술의 혁신을 통해 이제 나노층 구조의 제작이 가능해졌습니다. 이러한 다층 코팅은 낮은 계면 접촉 저항을 유지하면서 기둥형 결정립 성장을 방해하여 결함 형성을 최소화합니다.
중요한 초점은 티타늄 기판과 세라믹 코팅 간의 열팽창 불일치를 해결하는 것입니다. 구배 중간막은-구성에 따라 등급이 매겨진 금속-세라믹 전이로 제작되어-응력으로 인한 박리를 효과적으로 완화합니다-. 플라즈마 질화와 같은 표면 전처리 방법은 나노 수준의 거칠기를 갖는 확산-경화 인터페이스를 생성하여 접착력을 더욱 향상시킵니다. 레이저 표면 개질을 포함한 증착 후 처리는 코팅 형태를 개선하여 소수성을 개선하고 미세 균열 전파를 줄여 작동 수명을 연장합니다.
전기화학적 검증은 코팅 개발의 핵심입니다. 시뮬레이션된 PEMFC 환경에서 가속화된 테스트를 통해 최적화된 코팅은 코팅되지 않은 티타늄보다 훨씬 낮은 부식 전류를 나타내며 장기간의 열 순환 후에도 안정적인 계면 저항을 나타냅니다. 이러한 발전은 상업용 응용 분야의 엄격한 내구성 요구 사항을 충족할 수 있는 티타늄- 기반 양극판의 잠재력을 강조합니다.
앞으로 떠오르는 트렌드는 지능형 코팅 시스템을 강조하는 것입니다. 생물학적 재료, 기계 학습{2}} 기반 재료 설계 및 현장 진단 센서에서 영감을 얻은-자가 치유 메커니즘은 혁신적인 접근 방식을 나타냅니다. 원자층 증착(ALD)은 초박형 컨포멀 코팅 분야에서 인기를 얻고 있으며, 롤{5}}투-롤 제조 공정은 확장성과 비용-효율성을 향상시킵니다. 이러한 혁신은 연료 전지 시스템 비용을 절감하고 티타늄 양극판을 운송 및 그리드{9}} 규모의 저장 분야에서 수소 에너지 기술을 널리 채택할 수 있는 원동력으로 자리매김하려는 전 세계적인 노력과 일치합니다. 재료 과학과 제조 분야의 다학문적 발전을 통합함으로써 차세대 코팅은 전례 없는 신뢰성과 성능을 제공하고 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환을 가속화할 것을 약속합니다.
