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.     

氧气对聚苯胺/316L不锈钢体系耐腐蚀性能的影响

为了防止不锈钢双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作环境下发生腐蚀,在由0.1 mol/L苯胺单体与0.2 mol/L H_2SO_4组成的水溶液中采用循环伏安法在316L不锈钢(SS)表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)薄膜。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了PANI的化学结构,采用扫描电镜(SEM)观察了表面形貌,发现所合成的PANI具有苯-醌交替的中间氧化态结构,PANI膜呈现纤维状形貌特征。采用极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)对比研究了在0.2 mol/L H_2SO_4中氧气对PANI/316L SS和无涂层316L SS耐腐蚀性能的影响。结果表明,氧气促进了PANI/316L SS界面处保护性氧化膜的形成,使PANI/316L SS体系的耐腐蚀性能提高。     

聚苯胺膜/不锈钢复合双极板的耐蚀性和导电性

目的在316L不锈钢(SS)表面沉积聚苯胺(PANI)薄膜,制备PANI/316L SS复合材料双极板,提高316LSS在质子交换膜燃料电池工作环境下的耐腐蚀性能和导电性能。方法采用循环伏安法,在0.1 mol/L苯胺单体与0.2 mol/L H2SO4组成的水溶液中,在316L SS基体上电化学聚合PANI薄膜。采用SEM观察表面形貌,采用FTIR和Raman分析PANI官能团结构,采用XPS分析PANI膜中元素组成和化学键合状态。采用开路电位(OCP)、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究PANI/316L SS腐蚀性能。采用四探针技术研究PANI膜的导电性。结果 SEM观察显示PANI膜为纤维状堆积物。红外光谱发现苯环、醌环和S==O伸缩振动,拉曼光谱发现掺杂态的半醌自由基C—N+·,确定合成的PANI具有中间氧化态结构。XPS分析表明,聚合过程发生了质子酸掺杂,"对阴离子"(SO42-)进入PANI分子链中,掺杂度为3%～4%。电化学测试表明,PANI/316L SS的OCP为0.15～0.25 V,PANI使316L SS腐蚀倾向降低,随着Cl-浓度的升高,腐蚀电流密度增大。结论在酸性含Cl-介质中,PANI/316L SS体系耐蚀性好,膜/基界面处保护性氧化膜Fe2O3和Cr2O3的形成,使PANI/316L SS体系耐腐蚀性能提高。在制备条件下,PANI膜厚度介于146～315μm之间,电导率范围为1.33～8.91 S/cm。     

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。     

基于克拉玛依市二氧化碳排放的碳捕集-甲烷化工艺探究

电力转气(PtG)是指可再生能源制氢并转化为气体燃料,该技术可以显著减少二氧化碳排放量。拟在克拉玛依利用PtG技术,以最大程度减少碳排放为出发点,设计高效的二氧化碳捕集系统以及二氧化碳甲烷化系统。最终二氧化碳捕集效率91.54%,甲烷化效率77.5%,年产甲烷384万m³,吸收二氧化碳7.74万t,年营业额1.6亿元。对项目成本影响最大的是固定成本以及制氢成本,不过随着碳交易市场的逐渐完善以及更高效电解器的出现,未来将获得更大的经济效益,是大规模吸收二氧化碳的重要技术路径。