质子交换膜燃料电池用铝双极板石墨烯涂层研究

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金属铝因其高导电导热性、质轻、极易加工等优点而被认为是极具应用前景的质子交换膜燃料电池双极板基底材料。但是铝在燃料电池环境下容易腐蚀,从而会导致燃料电池性能下降。用防腐涂层方法解决铝双极板的腐蚀问题是一种合理的方案。但其挑战在于,此涂层在提高铝抗腐蚀性的同时还需保持高导电性并呈现低接触电阻。我们首次尝试在铝基底上形成石墨烯保护涂层。首先采用浸渍法将氧化石墨烯(GO)交联到铝基底上,并探究了GO水溶液的pH(B调节)、浸渍温度、浸渍时间等因素对石墨烯涂层的影响。然后在高温H2还原GO涂层的过程中,探究反应温度和反应时间的影响,并得出条件适宜的样品。该样品的腐蚀电流密度相较于铝板降低了34个数量级,接触电阻达到6.4 mΩ·cm2,垂直电导率为151S/cm,这三个指标均达到了美国能源部的2020年指标。我们进而用C取代B,省去了铝与B反应这一步骤,将需要的浸渍时间缩短了1/4。为简化还原过程,我们还尝试用药品A溶液在低温下将氧化石墨烯还原,并探究还原过程中药品A溶液浓度、水热温度和水热时间的影响,得出适宜的反应条件。该条件下所得样品腐蚀电流密度小于1×10-66 A/cm2,接触电阻达到4.8 mΩ·cm2,垂直电导率为142 S/cm,这三个指标均达到了美国能源部的2020年指标。
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