1、A b s t r a c tN a f i o n d e g r a d a t i o n i n p o l y m e r e l e c t r o l y t e f u e l c e l l s f r o m S S 3 1 6 Le n d p l a t e i r o n c o n t a m i n a t i o n w a s t e s t e d i n a s i n g l e c e l lc o n f i g u r a t i o n.W a t e r c o l l e c t e d a t t h e c a t h o d e a n
2、 d a n o d e e x h a u s t sw a s a n a l y s e d b y m e a n s o f p H m e a s u r e m e n t s,c o n d u c t i v i t y,f l u o r i d e a n d m e t a l c o n c e n t r a t i o n.T h e i n v e s t i g a t i o n s r e v e a l e dt h a t s t a i n l e s s s t e e l i s u n s u i t a b l e a s m a t e r
3、 i a l f o r e n d p l a t e s i nP E M f u e l c e l l s.I n f a c t,i r o n c o n t a m i n a t i o n o f m e m b r a n ee l e c t r o d e a s s e m b l i e s l e d t o p o l y m e r d e g r a d a t i o n,r e v e a l e d b ya m a s s i v e f l u o r i d e l o s s.I n c o n t r a s t,i r o n-f r e
4、e p l a t e s(a l u m i n i u ma l l o y)s h o w e d h i g h e r s t a b i l i t y i n t h e c e l l e n v i r o n m e n t.N a f i o n 1 1 5 m e m b r a n e(D u P o n t)w a s u s e d a f t e r p u r i f i c a t i o n t r e a t m e n t i n5 w/v%H 2 O 2 s o l u t i o n a t 8 0 C f o r 1 h,f o l l o w
5、e d b y a s e c o n d t r e a t m e nt i n 1 M H 2 S O 4.S S 3 1 6 L a n d a l u m i n i u m a n t i c o r r o d a l 1 0 0(A l u s u i s s e)e n d p l a t e s(1 8 5?/1 85?/1 1 m m 3)w e r e u s e d.a l u m i n i u m a n t i c o r r o d a l 1 0 0。F i g.1.S c h e m e o f a s i n g l e P E M f u e l c
6、e l l s h o w i n g t h e l o c a t i o n o f t h e c om p o n e n t s:(A)a l u m i n i u m o r S S 3 1 6 L e n d p l a t e s,(B)c o p p e r c u r r e n t c o l l e ct o r/g a s k e t s,(C)g r a p h i t e f l o w f i e l d p l a t e s,(D)M E G A(M E A+G a s k e t).H y d ro g e n a n d o x y g e n i
7、n l e t a n d o u t l e t h o l e s a r e s h o w n.F i g.2.P r o f i l e s o f c u r r e n t d e n s i t y(d a s h e d l i n e)a n d c e l l t e m p e r a t u r e(s o l id l i n e)v s.t i m e f o r M E G A u n d e r H 2/O 2 f l u x 2 0 0 s c c m i n-1 a n d 1.5/1.5 a b s b a r.F i g.3.C e l l v o l
8、 t a g e v s.t i m e f o r M E G A u n d e r H 2/O 2 f l u x 2 0 0 s c c m i n-1 1.5/1.5 a b s b a r a t 1 4 1 m A c m-2F i g.4.p H v s.t i m e f o r a n o d e(+)a n d c a t h o d e(O)w a t e r f o r S S 3 1 6 L a n da l u m i n i u m.F i g.5.H+a n o d e(+)a n d c a t h o d e(O)v s.f l u o r i d e c
9、 o n c e n t r a t i o n i n t h ec o l l e c t e d w a t e rF i g.6.F l u o r i d e c o n c e n t r a t i o n(+)a n d c o n d u c t i v i t y(O)v s.t i m e i n t h e c at h o d e w a t e r f o r S S 3 1 6 L a n d a l u m i n i u m.T h e i n s e r t s h o w s t h e l i n e a r c o r re l a t i o n b
10、 e t w e e n f l u o r i d e c o n c e n t r a t i o n a n d c o n d u c t i v i t y.T a b l e 1 A v e r a g e p H,f l u o r i d e c o n c e n t r a t i o n a n d c o n d u c t i v i t y d u r i n g t i m et e s t sF i g.7.A v e r a g e c o n t a m i n a n t c o n c e n t r a t i o n i n t h e c a t
11、 h o d e w a t e r u s i n g SS 3 1 6 L o r a l u m i n i u m e n d p l a t e s.F i g.8.I r o n c o n c e n t r a t i o n v s.f l u o r i d e r e l e a s e i n t h e c a t h o d e w a t e r u s i n gS S 3 1 6 L e n d p l a t e s.C o n c l u s i o n sI n t h i s p a p e r,t h e e f f e c t o f m e t
12、a l c o n t a m i n a t i o n f r o m S S 3 1 6 L w a s i n v e s t ig a t e d.S o m e c o n s i d e r a t i o n s c a n b e o u t l i n e d:.m e t a l c o n t a m i n a t i o n o r i g i n a t e d m a i n l y f r o m t h e a n o d e s i d e;.i n c r e a s e o f w a t e r a c i d i t y a n d c o n d
13、 u c t i v i t y a t b o t h t h e a n o d e a n d c a t ho d e,e s p e c i a l l y t h e l a s t;.f l u o r i d e r e l e a s e m a i n l y a t t h e c a t h o d e s i d e f r o m p o l y m e r i n t h e c a t a l ys t l a y e r a n d/o r m e m b r a n e a s a f u n c t i o n o f m e t a l i o n c
14、o n t a m i n a t i o n,e s pe c i a l l y F e.A m o d i f i c a t i o n o f t h e c l a s s i c a l F e n t o n s r e a c t i o n m e c h a n i s m w a s p r o p o s ed t o e x p l a i n t h e f l u o r i d e r e l e a s e e s p e c i a l l y i n t h e c a t h o d e w a t e r.F u r t h e ri n v e s
15、 t i g a t i o n s a r e n e e d e d t o b e t t e r u n d e r s t a n d t h i s e f f e c t.H o w e v e r,t he c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e f l u o r i d e l o s s r a t e a n d F e m e t a l i o n c o n t a m i n at i o n f r o m e n d p l a t e s s u g g e s t s t h e a v o i d a n c
16、 e o f m a t e r i a l s r e l e a s i n g t h i se l e m e n t i n a l l p a r t s o f t h e f u e l c e l l s y s t e m i n c o n t a c t w i t h h u m i d i f i e d ox y g e n a n d h y d r o g e n,i.e.,b i p o l a r p l a t e s,e n d p l a t e s,c o n n e c t i o n s,t u b e s an d t a n k s.A m
17、 o n g s t t h e s t a i n l e s s s t e e l t y p e s,t h o s e w i t h l o w e r F e c o n te n t(e.g.S S 9 0 4 L,S S 3 1 0)s h o u l d b e p r e f e r r e d.I n o u r c a s e,t h e u s e o fi r o n-f r e e m a t e r i a l s s h o w s t o b e m u c h m o r e s u i t a b l e i n a f u e l c e l l s ys t e m.
