铌钛氮复合涂层优化316L不锈钢在质子交换膜水电解波动电位下的耐蚀性与导电性

本文通过多弧离子镀技术在316L不锈钢表面制备Nb:Ti:N复合涂层，显著提升了其在质子交换膜水电解（PEMWE）强酸性和波动电位（1.2-1.8 VAg/AgCl）环境中的性能。该涂层初始界面接触电阻（ICR）仅4.86 mΩ·cm2，经4小时极化后仍满足美国能源部标准（<10 mΩ·cm2），且对三角波电位波动响应迅速，为设计耐波动电位的双极板（BPPs）提供了新思路。

　　

Highlight

铌钛氮（Nb:Ti:N）涂层通过多弧离子镀（MIP）技术成功修饰316L不锈钢（316L SS），其独特的TiN/Nb₂N/NbN/Ti多相结构在质子交换膜水电解（PEMWE）的强酸性波动电位环境中展现出卓越性能。

Composition and surface properties

X射线光电子能谱（XPS）分析显示，涂层表面存在Nb 3d、Ti 2p、N 1s等特征峰。其中Nb 3d谱图中406.3 eV和397.8 eV的结合能分别对应Nb⁵⁺（Nb₂O₅）和Nb³⁺（NbN），而Ti 2p谱图揭示了TiN（454.9 eV）与TiO₂（458.6 eV）的共存。这种"导电-耐蚀"双功能氧化物层的形成，有效抑制了界面接触电阻（ICR）的升高。

Conclusion

1.52 μm厚的Nb:Ti:N涂层在1.8 V_Ag/AgCl静态极化下保持稳定，波动电位测试中（特别是三角波形）表现出快速响应能力。其腐蚀电流密度（3.16×10^-6 A·cm^-2）比基材降低两个数量级，为可再生能源耦合PEMWE系统提供了可靠的BPP解决方案。