質(zhì)子交換膜燃料電池雙極板用不銹鋼聚苯胺改性研究.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種新型的清潔供電裝置，具有高效、持久、無污染、無噪聲、啟動(dòng)快速及工作溫度低(70-80℃)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)廣受關(guān)注。雙極板是PEMFC中最重要的部件之一，約占電池重量的60-80％，生產(chǎn)成本的29-45％。為了滿足工作環(huán)境需要，雙極板材料必須具有導(dǎo)電性好、耐腐蝕、比強(qiáng)度高、價(jià)格低廉、不透氣等性質(zhì)。到目前為止，還沒有理想的材料能滿足雙極板的商業(yè)化應(yīng)用。本文通過在不銹鋼表面電化學(xué)聚合聚苯胺，以期滿

2、足防腐和高導(dǎo)電性要求，以便能夠用作雙極板材料。
　　采用恒電位法和恒電流法在304不銹鋼表面電化學(xué)聚合聚苯胺涂層，分析不同參數(shù)對(duì)涂層結(jié)構(gòu)與性能的影響，優(yōu)化工藝條件;采用金相顯微鏡、掃描電鏡、紅外光譜和XRD等手段分析其形貌與結(jié)構(gòu);采用動(dòng)電位極化、恒電位極化和電化學(xué)阻抗譜等手段分析其防腐性能;采用自制的導(dǎo)電性測(cè)試設(shè)備分析界面接觸電阻(ICR)，探討聚苯胺涂層用于PEMFC雙極板的可能性。
　　首先，在不同條件下電化學(xué)合成聚苯胺

3、涂層，通過紅外光譜和XRD分析確定苯胺單體在基體表面發(fā)生了聚合，具有較好的結(jié)晶性;通過表面形貌分析和動(dòng)電位極化測(cè)試，確定了制備聚苯胺涂層的最佳工藝條件。與裸鋼相比，最佳條件下形成的聚苯胺涂層腐蝕電位提高400 mV以上，腐蝕電流下降了4個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　然后，以裸鋼、恒電位和恒電流法優(yōu)化條件下形成的聚苯胺涂層試樣為研究對(duì)象，研究其作為雙極板材料的防腐蝕及導(dǎo)電性能。模擬PEMFC工作環(huán)境，對(duì)裸鋼和試樣進(jìn)行了恒電位極化測(cè)試，采用金相照片

4、、SEM和EDS分析腐蝕前后的樣品表面情況，并對(duì)測(cè)試后的溶液進(jìn)行離子濃度分析。結(jié)果表明，PEMFC陽極環(huán)境比陰極具有更強(qiáng)的腐蝕性，聚苯胺涂層試樣耐久性和抗腐蝕性比裸鋼好。
　　結(jié)合腐蝕數(shù)據(jù)以及開路電位、電化學(xué)阻抗譜和已有的防腐機(jī)制對(duì)聚苯胺防腐機(jī)理進(jìn)行了分析。長期浸泡實(shí)驗(yàn)表明，裸鋼的防腐性能最差，先發(fā)生鈍化，然后出現(xiàn)鈍化膜溶解;恒電位電鍍涂層試樣在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性較好，超過4小時(shí)后腐蝕液會(huì)滲透涂層;恒電流電鍍涂層的長期性能最好，可以有