质子交换膜燃料电池双极板用不锈钢的聚苯胺涂层改性

第 l 9卷第 2期Vb 1 . 1 9 NO . 2

粉末冶金材料科学与工程Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g o f Po wd e r Me t a l l u r g y

2 0 1 4年 4月Ap r . 2 0 1 4

质子交换膜燃料电池双极板用不锈钢的聚苯胺涂层改性江自然 1,肖海波，阳东方，刘宇尘，姚锐，郑峰，( 1 .中南大学材料科学与工程学院，长沙 4 1 0 0 8 3;2 .中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 4 1 0 0 8 3 )

摘

要：将苯胺单体滴加到硫酸溶液中配制成电解液，采用恒电流法在 3 0 4不锈钢板表面沉积聚苯胺涂层，通过

动电位极化和恒电位极化分析不锈钢板的防腐性能，利用自制的导电性能测试设备分析涂层与不锈钢板的界面接触电阻，探讨聚苯胺涂层用于质子交换膜燃料电池双极板改性的可能性。结果表明，在优化工艺条件下制备的聚

苯胺涂层的腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为 3 6 9 mV和 0 . 4 7 9￣ a/ c m2,与裸钢相比，腐蚀电位升高 5 3 6 mV,腐蚀电流密度降低 4个数量级。模拟质子交换膜燃料电池的实际工作环境进行恒电位极化曲线测试，分析测试后的溶液离子含量。结果表明，涂层改性不锈钢板的腐蚀电流密度比裸钢低 2个数量级，具有很好的耐久性；阳极环境比阴极环境具有更强的腐蚀性。恒电位极化测试前，压力为 1 . 4 MP a时，裸钢和涂层试样的界面接触电阻分别为9 7和 1 4 5 mQ- c m ,腐蚀后涂层试样的界面接触电阻比裸钢的低更多。用聚苯胺改性的不锈钢的防腐和导电性能

在一定程度上都能达到目标值，在质子交换膜燃料电池双极板中具有很大的应用潜力。关键词：双极板；质子交换膜燃料电池；聚苯胺涂层；防腐蚀；界面接触电阻中图分类号：T M 9 1 1 . 4 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 3 . 0 2 2 4 ( 2 0 1 4 ) 2 . 2 8 5— 0 8

El e c t r 0 d e p0 s i t e d p o l y a n i l i n e c o a t i ng o n s t a i n l e s s s t e e l f o r bi p o l a r

p l a t e s o f pr o t o n e x c ha n g e me mb r a ne f u

e l c e l lJ I ANG Zi . r a n。 XI AO Ha i . b o , Y ANG Do n g . f a n g , L I U Yu . c h e n , YAO Ru i , Z HE NG F e n g ,,

( 1 . S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g, C e n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y, C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3, C h i n a; 2 . S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f P o w d e r Me t a l l u r g y, C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y, C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3, C h i n a )

A b s t r a c t: P o l y a n i l i n e( P A NI ) c o a t i n g w a s d e p o s i t e d o n 3 0 4 s t a i n l e s s s t e e l ( s s ) b y g a l v a n o s t a t i c me t h o d f r o m a q u e o u ss o l u t i o n s o f a n i l i n e nd a s u l f u r i c a c i d . Th e p r o p e r t i e s o f P A NI c o a t i n g we r e t e s t e d t o s t u d y i t s f e a s i b i l i y t u s e d f o r b i p o l a r

p l a t e s o f p r o t o n e x c h a n g e me mb r ne a f u e l c e l l ( P E MF C ) . P o t e n t i o d y n a mi c nd a p o t e n t i o s t a t i c t e s t s we r e c o n d u c t e d t oi n v e s t i g a t e i t s c o r r o s i o n r e s i s t a n c e . T h e p r e s e n t a u t h o r’ S h o me— ma d e e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y t e s t i n g e q u i p me n t wa s u s e d t o

e x a mi n e i t s i n t e r f a c i

a l c o n t a c t r e s i s t a n c e ( I C R 1 . P o t e n t i o d y n a mi c t e s t r e s u l t s s h o we d t h a t t h e c o r o s i o n p o t e n t i a 1 or f P A N Ic o a t e d S S p r e p a r e d a t o p t i ma l c o n d i t i o n wa s 3 6 9 mY, wh i c h wa s 5 3 6 mV h i g h e r t h a n t ha t o f t h e b a r e o n e . An d i t s c o ro s i o n c u re n t d e n s i t y wa s 0 . 4 7 9山 c m- . f o u r o r d e r s o f ma g n i ud t e l e S S t h a n t h a t o f t h e b a r e o n e . P o t e n t i o s t a t i c t e s t s i n s i mu l a t e d P EMF C e n v i r o n me n t s we r e c o n d u c t e d a n d t h e me t a l i o n c o n t e n t i n t h e t e s t i n g s o l u t i o n s wa s a n a l y z e d . Re s u l t s s h o w t h t a c o r r o s i o n c u r r e n t d e n s i t y f o r P ANI c o a t e d S S i s t wo o r d e r s o f ma ni g ud t e l e s s t h a n t h a t o f he t b re a o n e .

i n d i c a t i n g t h a t P ANI c o a t e d S S h a s h i g h e r c h e mi c a l s t a b i l i y. t T h e a n o d e c o n d i t i o n i S mo r e c o ro s i v e t h a n t h e c a t h o d e o n e .I CRs o f b re a a n d c o a t e d S S we r e 9 7 a n d 1 4 5 mQ c m a t 1 . 4 MP a b e f o r e p o t e n t i o s t a t i c t e

s t s .r e s p e c t i v e l y .Af t e rp o t e n t i o s t a t i c t e s t s . P ANI c o a t e d s a mp l e e x h i b i t e d l o we r I CR t h n a t h e b a r e o n e . Th e r e f o r e . P ANI c o a t e d S S h a s a g r e a t

p o t e n t i a l o f a p p l i c a t i o n i n b i p o l a r p l a t e s 0 f P EMFC a s i t s c o r r o s i o n r e s i s t nc a e a n d c o n d u c t i v i y t ma y s a i r s f y he t p r o p e ti r e sar t g e t s o f me t a l l i c b i p o l r a p l a t e s t o s o me e x t e n t .

Ke y w o r d s: b i p o l a r p l a t e s; p r o t o n e x c h a n g e me mb r a n e ue f l c e l l ( P E MF C ); p o l y ni a l i n e c o a t i n g; c o r o s i o n r e s i s t a n c e;i n t e r f a c i a l c o n ac t t r e s i s t nc a e ( I C R )

基金项目：中南大学粉末冶金国家重点实验室开放课题收稿日期：2 0 1 3 - 0 4— 2 8;修订臼期：2 0 1 3 . 0 5— 2 4

通讯作者：郑

峰，教授，博士。电话：0 7 3 1— 8 8 8 7 6 1 7 9;E - ma i l: f z h e n￣ 5@c s u . e d u . c a

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