Abstract
Den moderne verdens største utfordring er å holde seg innenfor grensene for akseptabel global oppvarming. Klimagassutslipp må derfor reduseres. Flytrafikk er en enorm bidragsyter til klimagassutslipp verden over. Protonutvekslende membran brenselceller er en av de mest lovende grønne energiløsningene. Ved å gjøre denne teknologien til neste generasjons flymotorer vil klimagassutslipp innenfor flytrafikk kunne reduseres betraktelig. Hovedutfordringen med brenselceller er å redusere deres totale vekt. Det har i løpet av dette arbeidet blitt utviklet et flerlagsbelegg for aluminium bipolare plater som et lettvekts alternativ til de tradisjonelle bipolare platene laget av rustfritt stål. Når flere brenselceller kobles i serie, kan de bipolare platene laget av rustfritt stål være ansvarlig for opptil 80% av den totale vekten. Dersom brenselceller skal implementeres i fly krever dette en kraftig vektreduksjon. Derfor er et lettmetall som aluminium et lovende bipolart platematerial. Ubelagt aluminium er imidlertid ikke stabilt i proton-utvekslingsmembranbrenselcellemiljøet og oppfyller ikke konduktivitetskravet på grunn av oksiddannelse når det kommer i kontakt med luft. Dette arbeidet har derfor fokusert på å utvikle korrosjonsbestandige og svært ledende flerlagsbelegg på aluminium. Ulike belegningsteknikker som elektronstrålefordamning, sputterdeponering og atomlagsdeponering har blitt benyttet for å påføre de ulike lagene av flerlagsbelegget. Beleggene ble studert i elektronmikroskop og deres korrosjonsmotstand ble testet i et simulert proton-utvekslingsmembranbrenselcellemiljø. Kontaktmotstanden til hver prøve ble målt før og etter korrosjonstester. Kontaktmotstandsmålinger viste at aluminium belagt med enten titan eller titannitrid og gull, før korrosjonsmålinger, møtte kontaktmotstandsmålet (under 10 mOhm cm^2) utnevnt av det amerikanske energidepartementet. Undersøkelse ved bruk av elektronmikroskopi viste imidlertid at forbehandlingsprosedyren førte til en ujevn overflate med mange groper. Dermed var det vanskelig å oppnå belegg som dekket overflaten helt og var uten defekter, og enkelte deler av aluminiumssubstratet ble eksponert til elektrolytt. De eksponerte delene av aluminiumssubstratet førte til høye strømtettheter og beleggssvikt under lineær sveipevoltammetri og kronoamperometri i pH 3 elektrolytt varmet opp til 70 grader C, ved relevante brenselcellepotensialer. Aluminium belagt med titannitrid viste den høyeste korrosjonsmotstanden med en strømrespons under 1 mikroA/cm^2 etter 24 timer ved 1 V. Denne prøven var imidlertid ikke i stand til å oppnå kontaktmostand innenfor kontaktmotstandsmålet. Videre arbeid bør fokusere på å videreutvikle titannitridbelegg som viste lovende korrosjonsegenskaper, men høy kontaktmotstand. I tillegg vil det å undersøke forskjellige beleggningsteknikker for å oppnå belegg uten defekter forbedre beleggets levetid. Det å justere testforholdene slik at de samsvarer bedre med de faktiske omgivelsene de bipolare platene utsettes for i en brenselcelle under drift, vil kunne gi et mer realistiske resultater.