阳极反应气氛氢气对聚苯胺/不锈钢耐蚀性的影响

目的 为了提高双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作环境下的耐蚀性.方法 在1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])离子液体中,在316 L不锈钢(SS)基体上电聚合聚苯胺(PANI)膜.用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)进行微...     

聚苯胺/不锈钢双极板在H2SO4中腐蚀性能的变化规律

目的提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐蚀性。方法采用循环伏安法,在316L不锈钢(SS)表面电合成导电聚苯胺(PANI)膜,制备PANI/316L SS复合双极板。用红外光谱确定PANI官能团结构,用扫描电镜观察表面形貌,用X射线光电子能谱研究PANI膜成分和键合状态。用0.2 mol/L H2SO4模拟PEMFC腐蚀环境,采用极化曲线研究PANI/316LSS耐腐蚀性能,采用开路电位(OCP)和电化学阻抗谱(EIS),研究PANI/316L SS在长期浸泡过程中的腐蚀行为的变化规律。结果 PANI膜具有中间氧化态结构,呈现纤维堆积形貌。XPS结果表明,PANI膜中含有C、N、S和O等元素,聚合过程中"对阴离子"SO42-通过"掺杂"进入PANI分子链。涂覆PANI薄膜的316L SS腐蚀电位提高了0.17 V,长期浸泡过程中,OCP介于0.19～0.32 V之间,说明PANI/316L SS的腐蚀倾向降低。浸泡初期,OCP增大对应于膜/基界面处钝化膜的形成;浸泡中期,OCP下降/上升与钝化膜的溶解/修复有关;浸泡后期,OCP持续下降源于钝化膜的溶解。EIS的Nyquist图由高频端容抗弧和低频端扩散尾构成。结论随着浸泡时间延长,PANI膜被氧化,导致"对阴离子"SO_4~(2-)从PANI中发生"脱掺杂",使膜电阻增加,容抗弧半径增大。浸泡82天,PANI/316L SS体系仍具有良好的耐腐蚀性能。     

电位对聚苯胺/不锈钢双极板腐蚀性能的影响

目的 增强双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作条件下的耐腐蚀性能.方法 以1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯(EMIES)离子液体作为聚合反应电解质,采用循环伏安法在316L不锈钢(SS)上电聚合聚苯胺(PANI)薄膜制备PANI/316L SS双极板.采用SEM观察表面形貌,采用FTIR分析官能团结构,采用XPS分析元素组成和键合状态.采用恒电位法控制PANI/316L SS电位分别为0.5、0.6、0.7 V(vs.SCE)以模拟PEMFC阴极电位,测量恒电位极化后开路电位、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)的变化.结果 PANI膜均匀平整局部有微裂纹.FTIR显示有苯环、醌环、S=O和—COOH伸缩振动.XPS表明PANI膜含有C、N、O和S等元素.PANI/316L SS极化曲线在钝化区内电流密度波动较大,EIS的Nyquist图由高频容抗弧和低频直线构成,容抗弧半径随着极化电位的升高而增大.结论 PANI为中间氧化态结构,EMIES阴离子(CH3CH2SO4–)和草酸阴离子(HOOC-COO–)在PANI分子链中均有掺杂.在PEMFC阴极工作电位下PANI/316L SS处于阳极极化状态,电位对PANI/316L SS的耐蚀性影响显著,在0.6 V下PANI/316L SS呈现很好的耐蚀性,电位升高至0.7 V时,发生PANI过度氧化,导致"对阴离子"脱掺杂,使PANI/316L SS的导电性和耐蚀性下降.     

阴极气体O2对石墨烯/聚苯胺/不锈钢双极板耐蚀性的影响

目的 提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐腐蚀性能。方法 采用循环伏安法(CV)在316L不锈钢(SS)基材上制备还原氧化石墨烯(rGO)/聚苯胺(PANI)层-层复合双极板。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)进行形貌观察,用红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)确定官能团结构,用紫外可见光谱(UV-vis)确定分子共轭状态,用X射线光电子能谱(XPS)确定化学成分和键合状态。在模拟PEMFC阴极工作环境下研究rGO/PANI/316L SS层-层复合双极板的耐腐蚀性能,向体系中通入氧气(O₂),测量开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线评价双极板的抗腐蚀性能。结果 在离子液体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸甲酯中,通过电聚合能够获得厚度为53μm的PANI膜层,在pH=4的0.03 mol/L K₂SO₄溶液中还原氧化石墨烯(GO),在PANI上获得厚度为10μm的rGO膜层。PANI呈中间氧化态,sp2杂化的r GO和PANI之间的相互作用使得共轭效应增强。连续致密的rGO覆盖在多孔的P...     

不锈钢表面电接枝聚苯胺的防腐性研究

用循环伏安法在不锈钢上制备出聚苯胺膜,并研究修饰剂(有机硅烷偶联剂KH-560)对聚苯胺成膜的影响;用扫描电子显微镜、红外光谱和电化学方法研究聚苯胺的微观结构及电化学性能.结果表明,经修饰后的聚苯胺膜使不锈钢的腐蚀电位提高了70 mV,腐蚀电流由1×106A下降到6.3×10-8A,大幅度提高不锈钢的抗腐蚀性能.     

用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性.首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63％变到32.74％,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-x...     

电化学法合成壳聚糖-聚苯胺复合涂层的耐蚀性

采用电化学法在304不锈钢表面制备壳聚糖(CTs)-聚苯胺(PANI)复合涂层,利用扫描电镜(SEM),红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)表征CTs-PANI复合涂层的表面形貌,化学组成和晶型。通过极化曲线和电化学阻抗谱研究了CTs-PANI复合涂层的耐蚀性。结果表明：10%CTs-PANI复合涂层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的耐蚀性最佳,在3.5%NaCl溶液中浸泡168 h后,相比于304不锈钢,其腐蚀电流密度下降了2个数量级,腐蚀电位正移近500 mV。该复合涂层对基体材料具有优良的保护作用。     

[emim]OTf离子液体中镀铌不锈钢双极板在PEMFC环境中的电化学行为

以对水和空气稳定的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([emim]OTf)为电解质,在不锈钢双极板表面电沉积铌,并在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中研究了镀铌改性的双极板的电化学行为。结果表明,铌镀层以孤岛的形式均匀分布在不锈钢表面,其高度在100nm以内。XPS、XRD测试结果表明,镀铌不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO、Nb2O5。在模拟阳极环境中,镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢的腐蚀电位提高530mV;恒电位-0.1V时电流密度从4.5315μA·cm-2降低到2.7554μA·cm-2;在模拟阴极环境中,镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢提高430mV,恒定电位0.6V时电流密度从4.4008μA·cm-2降低到0.0028μA·cm-2。电化学测试结果表明,镀铌不锈钢的电化学极化性能得到改善,反应电阻增大,提高了耐蚀性能。     

镀铌不锈钢双极板的电化学性能

采用对水和空气稳定的氯化胆碱:乙二醇=1:2（摩尔比）的离子液体为电解质,在316不锈钢基体上进行电镀铌,考察模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）环境中镀铌不锈钢双极板的电化学性能。结果表明,以氯化胆碱类离子液体为电解质在316不锈钢表面可获得平整均匀的颗粒状铌镀层。在模拟质子交换膜燃料电池环境中,镀铌316不锈钢的腐蚀电位得到提高,维钝电流密度减小,阳极极化性能得到改善;孔蚀电位正移,反应电阻增大,耐蚀性能提高。能谱和X射线衍射分析结果表明,镀铌后316不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO和Nb₂O₅,形成耐蚀“屏障”,改善了不锈钢表面膜的钝化能力,提高了不锈钢的电化学稳定性能。     

质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的腐蚀行为及其表面防护的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为一种环境友好型电池装置,在倡导人与自然和谐相处的现代社会日渐受到重视.双极板是PEMFCs的重要组成之一,其性能的好坏与PEMFCs的发展密切相关.不锈钢双极板虽具有优异的导电性和强度,但在PEMFCs的严苛工作环境下,仍面临着腐蚀与钝化等问题.近年来,国内外的研究者为解决不锈钢双...     

PEMFC不锈钢双极板表面改性用Cr-C薄膜的成分设计与制备

目的根据质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)不锈钢双极板的表面镀膜改性要求,探索改性薄膜成分对性能的影响规律,并提供一种行之有效的薄膜成分设计方法。方法首先应用团簇加连接原子结构模型,结合电子轨道饱和原则,理论上设计出Cr-C二元材料体系的最佳团簇式和最佳成分,再利用电弧离子镀技术在316L不锈钢双极板上制备出一系列不同成分的CrxC1-x薄膜,对薄膜的成分、结构及性能进行表征和分析。结果设计所得Cr-C材料体系的最佳团簇式为[Cr-C4]CrC3,对应的最佳原子比成分为Cr0.22C0.78。所制备的CrxC1-x薄膜的成分系数x在0.05~0.23之间变化,薄膜的导电性和耐蚀性能随着成分x的增加,呈明显增加趋势。其中Cr0.23C0.77薄膜的综合性能最好:在1.2MPa压紧力下,接触电阻为2.8 mΩ·cm^2;在模拟腐蚀环境下,腐蚀电流密度仅为9.1×10-2μA/cm^2。该性能已优于美国能源部DOE的标准指标要求。结论Cr-C改性薄膜的成分对导电性能和耐蚀性能有着重要的影响。由于实验制备的性能最佳的薄膜成分Cr0.23C0.77与基于团簇加连接原子模型设计薄膜的最佳成分Cr0.22C0.78基本相同,从而证实了依据此模型进行双极板改性薄膜成分设计是行之有效的。     

基体偏压对PEMFC不锈钢双极板Cr-N改性涂层性能的影响

目的 提高SS316L双极板的耐腐蚀性与导电性。方法 使用脉冲直流磁控溅射技术,改变基体负偏压,于SS316L双极板上制备了Cr-N薄膜。通过扫描电子显微镜、XRD衍射仪、电子探针分析仪对薄膜的成分和结构进行了检测分析。通过接触电阻测试、电化学腐蚀测试和接触角测试表征了薄膜的导电性、耐腐蚀性和疏水性。结果 薄膜的结构主要由Cr和Cr₂N组成,各组试样的成分相近。随着沉积过程中基体负偏压的增大,薄膜结构更加致密。镀膜试样的耐腐蚀性均好于基材SS316L,基体负偏压为400 V时,测得试样的腐蚀电流密度最低,为3.49×10^-7 A/cm²。镀膜试样的导电性均好于基材SS316L,基体为负偏压200 V时,双极板的导电性最好,表面接触电阻为8.02 mΩ·cm²。基体负偏压继续增大,双极板的接触电阻会有所下降。结论 随着沉积偏压的增加,薄膜中的N含量略有增加。薄膜沉积对SS316L双极板的导电性、耐腐蚀性和疏水性有明显的提高,较于基材自腐蚀电位提升了411 mV,腐蚀电流密度下降了2个数量级。沉积时较高...     

聚苯胺与其它成膜物复配的成膜性和电导率研究

将阳离子苯丙、水性环氧树脂、脲醛树脂两两复配成复合乳液,并与聚苯胺乳液进行混合,制得涂液,研究了复合乳液中成膜物的种类、浓度以及复合乳液与聚苯胺乳液的配比,对涂膜表观和电导率的影响。结果表明,采用阳离子苯丙与水性环氧树脂的复合乳液,并与聚苯胺乳液按质量比4 颐3 混合,得到的涂膜表观好,最高电导率可达0. 004 51 S/ cm。     

Atmospheric Plasma Surface Modification on Stainless Steel Bipolar Plate in PEMFC

In this research,stainless steel bipolar plates for proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)have been treated by an atmospheric plasma surface modification technology.The chemical composition and thickness of the oxide film formed by plasma are conducted to verify by Auger electron spectroscopy(AES).Pitting resistance,potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy(EIS)are measured to evaluate the corrosion mechanism and electrochemical properties.The results show that the treated plates have a much thicker oxide film which leads to higher pitting potential,improved corrosion rate,less and smaller pitting holes than those without treatment.The stable chemical and electrochemical properties of the treated stainless steel bipolar plate indicate the stabilization of cell performance and longer service life.