| 题名 | 不锈钢双极板表面导电Ppy/Pani复合涂层和TiC涂层的制备与性能 |
| 作者 | 任延杰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-01-26 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 曾潮流 |
| 关键词 | 质子交换膜燃料电池 双极板 304不锈钢 聚吡咯 聚苯胺 复合涂层 腐蚀 电化学 高能微弧合金化 TiC涂层 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 质子交换膜燃料电池(PEMFC)被认为是二十一世纪一种极具前景的清洁、高效的发电装置，在可移动电源、电动车、固定电站等方面具有广阔的应用前景。目前，成本仍是其商业化的主要瓶颈。双极板是PEMFC的核心多功能部件，占据电池组重量和成本的绝大部分。目前PEMFC双极板材料主要有石墨、金属及相关复合材料。与石墨类材料相比，金属材料在强度、抗气体渗透、规模化生产及加工成薄板以提高电池比功率等方面显示明显优势，但其面临的主要挑战是腐蚀问题，这导致电池性能下降。为此，必须提高金属双极板的抗腐蚀性能，并降低接触电阻。本论文采用电化学方法在304不锈钢表面制备了复合导电聚吡咯（Ppy）/聚苯胺(Pani)涂层，采用高能微弧合金化方法制备了TiC涂层，并应用电化学阻抗谱、极化曲线、循环伏安等电化学测量技术研究了涂层在酸性溶液中的腐蚀行为，取得了如下主要结果： 在以阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为掺杂剂的弱碱性溶液（pH9-10）中恒电流合成了聚苯胺涂层。该涂层可明显提高304不锈钢在1mol/L H2SO4、0.3mol/L HCl溶液中的腐蚀电位，使腐蚀电流密度减小了2个数量级，表明聚苯胺涂层能够有效地抑制溶液中腐蚀性离子的侵入，对基体有很好的保护作用。 电化学方法合成的导电聚合物涂层本身存在一定的缺陷，而采用复合涂层在一定程度上可以降低涂层的孔隙率。为优化合成聚吡咯/聚苯胺复合涂层工艺，首先比较了恒电流沉积与循环伏安沉积对制备的聚吡咯和聚苯胺的抗腐蚀性能的影响。结果表明，采用恒电流方法合成的十二烷基硫酸钠掺杂的聚吡咯涂层的耐蚀性能更好。而用循环伏安方法制备的H2SO4掺杂的聚苯胺涂层的耐蚀性能更优；进一步利用筛选后的工艺制备了以聚吡咯为底层，聚苯胺为外层的Ppy/Pani复合涂层。在0.3mol/L HCl溶液中，复合涂层经36天浸泡后，仍保持很高的化学稳定性，其腐蚀电位保持在250mVSCE左右;而单一聚吡咯涂层经16天浸泡后，腐蚀电位已下降低到-264mVSCE，接近基体合金的-310mVSCE。在接近PEMFC阴极工作电位的600mVSCE恒电位极化过程中，复合涂层也表现出更好的耐蚀稳定性；在模拟PEMFC阴、阳极环境中（0.1mol/L H2SO4，80℃，分别通空气和H2），复合涂层也能有效地保护合金免受腐蚀。复合涂层的较好耐蚀性能可归因于二方面原因。一是复合Ppy/Pani涂层是更致密的物理阻挡层，因为在合成Pani过程中，Pani不仅聚合生长于Ppy层表面，而且也聚合于Ppy层中的微观缺陷处，从而有助于减少涂层缺陷；二是内层Ppy是阳离子交换膜，它的还原需要阳离子扩散通过外层Pani膜，而外层Pani膜是阴离子交换膜，抑制了阳离子的内扩散。同时，由于Pani的氧化还原电位高于Ppy，故Pani层能使Ppy层处于氧化态，维持涂层的良好导电性能，亦即维持对基体合金的阳极保护作用。 采用高能微弧合金化（HEMAA）方法在304不锈钢表面沉积了TiC涂层，并研究了涂层合金在1mol/L H2SO4溶液中的腐蚀行为。结果表明，涂层可使合金在1mol/L H2SO4溶液中的自腐蚀电位由-89mVSCE增加到98mVSCE，腐蚀电流密度由8.32μA.cm-2减少到0.03μA.cm-2。在30天的浸泡过程中，涂层仍保持很好的化学稳定性，有效抑制基体合金的腐蚀。在600mVSCE恒电位极化4小时后，TiC涂层仍能有效保护基体合金，说明在双极板阴极工作电位下，TiC涂层对304不锈钢有着较好的保护作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 97 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17040]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 任延杰. 不锈钢双极板表面导电Ppy/Pani复合涂层和TiC涂层的制备与性能[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论