【摘 要】
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作为以H_2为燃料的清洁能源,质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)在电动车和固定电站等领域具有广阔的应用前景。双极板是PEMFC的重要组成部分,提高其性能、降低成本是PEMFC应用的关键。不锈钢(Stainless steel,SS)被认为是制备PEMFC双极板的理想材料之一,在不锈钢表面沉积导电聚苯胺(Polyaniline,PA
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作为以H2为燃料的清洁能源,质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)在电动车和固定电站等领域具有广阔的应用前景。双极板是PEMFC的重要组成部分,提高其性能、降低成本是PEMFC应用的关键。不锈钢(Stainless steel,SS)被认为是制备PEMFC双极板的理想材料之一,在不锈钢表面沉积导电聚苯胺(Polyaniline,PANI)可以在兼顾导电性的基础上,提高不锈钢双极板的耐蚀性。目前国内外对双极板在PEMFC阴、阳极工作环境下耐蚀性研究较少,本论文重点研究PEMFC阴、阳极气体(O2、H2)、电位(+0.6V、-0.1V)以及温度(80℃)对PANI/316L SS双极板耐蚀性的影响。主要研究结果如下:以对环境要求不苛刻的1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯([EMIM][DEP])离子液体为电解质,以苯胺为单体,草酸为质子酸,采用循环伏安法在316L SS表面电聚合PANI膜。PANI/316L SS最佳制备工艺条件为:苯胺0.5 mol/L,草酸3 mol/L,循环伏安扫描速率30 m V/s,扫描电位区间-0.8-2 V。采用SEM,FTIR,UV-vis,Raman,XPS进行结构表征。SEM显示合成的PANI膜表面致密均匀,FTIR显示存在-COOH和O-P-O键的伸缩振动峰。UV-vis发现存在由苯环和醌环间跃迁引起的吸收峰。XPS结果显示PANI膜中存在C、N、O和P四种元素,P元素存在P-O和P=O两种键合状态。Raman光谱中有掺杂态半醌自由基C-N+·伸缩振动。表明合成的PANI为中间氧化态结构,PANI膜中[EMIM][DEP]阴离子(CH3CH2)2PO4-和草酸阴离子HOOC-COO-发生共掺杂。在模拟阴极工作条件下,O2使PANI/316L SS体系OCP正移、腐蚀电流密度减小,说明O2使PANI/316L SS耐蚀性增强。随电位逐渐升高,OCP值增大,自腐蚀电位提高,PANI发生氧化,膜中“对阴离子”发生脱掺杂,PANI/316L SS界面生成氧化膜,耐蚀性增强导电性下降。体系温度升高,PANI/316L SS的OCP负移,经+0.6 V极化后,在80℃时试样腐蚀电位明显下降,耐蚀性降低。在模拟阳极工作条件下,阳极工作气体H2使PANI/316L SS的OCP值下降,腐蚀电流密度增大,说明PANI/316L SS体系耐蚀性下降。随电位降低,PANI/316L SS体系OCP值负移,“对阴离子”的掺杂度降低,基体表面钝化膜溶解,体系耐蚀性下降。随溶液温度升高,PANI/316L SS的电流密度增大,耐蚀性下降。
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