原子力显微镜在质子交换膜燃料电池表/界面现象中的应用

综述了原子力显微镜（AFM）的技术特点及其在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）表/界面现象研究中的应用,总结了利用AFM多种模式表征质子交换膜和催化层的表面性质、界面结构、质子传导机理以及电化学活性方面的研究进展。除此之外,AFM可以在燃料电池工作条件下对电化学反应过程进行监控, 实时观察PEMFCs中的电化学行为,是研究PEMFCs中质子传导机理和电化学活性的一种有效手段。AFM研究对质子交换膜的合成与改性具有一定的指导意义,同时也为催化剂等其他关键材料的制备提供了参考,为PEMFCs中电化学反应过程的研究开辟了更多的方向,具有良好的发展前景。     

高温质子交换膜燃料电池机理模型研究进展

建立高温质子交换膜燃料电池的机理模型可以加深对其内部传递现象和反应机理的认识,同时可以预测不同参数下燃料电池的性能,对优化电池的操作条件和结构参数等具有重要的指导意义。对现有的高温质子交换膜燃料电池机理模型进行了评述,分析了基于磷酸掺杂聚苯并咪唑膜(H3PO4/PBI)不同维数的稳态和动态模型及基于其他复合膜模型的优点和不足,并指出了高温质子交换膜燃料电池模型的研究方向。     

燃料电池用非氟复合质子交换膜的研究进展

介绍了几种非氟复合质子交换膜,包括有机-无机杂化材料质子交换膜(ORMOER)和基于聚苯并咪唑(PBI)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)的复合质子交换膜,主要从制备方法出发分析了每种复合膜的优缺点以及在燃料电池(PEMFC)中的应用前景。     

燃料电池高温质子交换膜研究进展

高温质子交换膜燃料电池具有反应动力学快、CO耐受性高等特点,但磷酸掺杂的高温质子交换膜因磷酸的流失和聚合物的降解等原因导致燃料电池的输出功率发生衰减。本文通过介绍聚苯并咪唑衍生物的高温质子交换膜、聚苯并咪唑的复合型质子交换膜、新型芳基聚合物的高温质子交换膜,阐明聚合物的主链结构、官能团结构以及复合填料对高温质子交换膜性能的影响。在近期的研究报道中,提高膜性能的主要策略包括提升自由体积、建立交联结构、嵌段共聚、复合掺杂（ILs、MOFs、PIMs、MO_x）、阳离子官能团修饰等。文章指出,在未来的研究中应该加强对磷酸基高温质子交换膜质子传输通道结构的进一步理解,关注聚合物化学降解和物理性能衰败的原因,并开发更多的新型聚合物材料。     

SPEEK/PANI/PWA复合质子交换膜的制备及性能

为了解决Nafion膜甲醇渗透的问题,以聚醚醚酮(PEEK)、聚苯胺(PANI)和磷钨酸(PWA)为原料,采用流延制膜法制备了SPEEK/PANI/PWA复合质子交换膜,并通过X-射线衍射(XRD)、红外光谱分析(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)等对其组织和结构进行了表征,利用紫外可见分光光度计、电化学工作站和气相色谱仪等对其性能进行了测试。研究结果表明,与SPEEK/PANI和SPEEK/PWA复合质子交换膜相比,SPEEK/PANI/PWA复合质子交换膜的综合性能有很大改善,可作为DMFC用质子交换膜。     

磺化聚磷腈类质子交换膜研究进展

保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。质子交换膜燃料电池由于环境友好,近年来引起了电池领域研究者们的兴趣。质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,磺化聚磷腈由于具有质子传导率高,稳定性能好,成本较低等优点可以作为质子交换膜的备选材料。本文主要综述了磺化聚磷腈类质子交换膜在燃料电池质子交换膜方面的研究进展,详细介绍了此类质子交换膜的制备和表征,同时对其应用前景做了评论和展望。     

质子交换膜燃料电池有序化膜电极研究进展

质子交换膜燃料电池的发展和应用是促进现代生活方式低碳环保化的最重要路径之一。膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,实现膜电极结构的有序化是同时满足低铂载量和高电化学性能要求的关键。本文系统总结和分析了最近有关有序化膜电极的相关研究进展。与发展较为缓慢的质子导体有序化相比,以催化剂有序化和催化剂载体有序化为路径实现的有序化膜电极结构优化已经得到快速发展,对于促进质子交换膜燃料电池规模化应用表现出极大的发展潜力。     

一种新型磺化聚酰亚胺质子交换膜的合成与表征

质子交换膜是质子交换膜燃料电池膜电极的核心部件之一,它的性能好坏对整个系统的运行起着至关重要的作用．目前在质子交换膜燃料电池中普遍采用的质子交换膜材料是全氟磺酸系列薄膜,这类材料具有较高的质子传导率、化学及机械稳定性,但用于直接甲醇燃料电池（DMFC）时则存在甲醇渗透、导致燃料电池输出性能大大降低的问题     

膦酰单体直接聚合合成膦酰高分子研究进展

质子交换膜是质子膜燃料电池的核心材料,它主要起到隔离燃料和氧气、传递质子、附着催化剂等作用,是决定质子膜燃料电池工作时间的主要因素。含有膦酰基团的聚合物在高温低湿条件下能够发生自电离,具有较高的质子传导能力和较好的机械性能,作为质子交换膜具有长服役时间和高服役温度等特点,含膦酰基团的高分子材料有望成为质子交换膜材料最具前景的候选材料之一。笔者对由膦酰单体直接聚合的膦酰化高分子材料的合成、性能进行了系统的阐述与总结。     

直接甲醇燃料电池用阻醇质子交换膜研究进展

直接甲醇燃料电池是近十年兴起的新型燃料电池,并以其独特的优点引起了人们广泛的关注。作为其重要组成部分的质子交换膜的性质是影响电池性能的关键因素。本文在介绍近两年质子交换膜研究最新进展的基础上,综述了天然聚合物用作质子交换膜材料的研究情况,并分析了其优劣势及应用前景。     

新型水基聚苯胺复合防腐涂料的制备及其性能研究

以原位包覆法制备的聚苯胺复合材料为主要防腐成分,以聚合物乳液为成膜物,制成新型水基聚苯胺复合防腐涂料,对其涂膜的防腐性能进行电化学测试,证明其具备优异的防腐性能。     

金属双极板表面改性涂层的评价方法研究进展

理想的质子交换膜燃料电池（PEMFC）用金属双极板需要具备良好的耐蚀性和导电性，表面改性是解决金属双极板耐蚀性和导电性的主要途径之一。本文对金属双极板表面改性涂层的各种性能评价方法进行了归类、介绍、总结。表面改性金属双极板的性能评价方法主要有非原位的电化学腐蚀分析、界面接触电阻测量、表面形貌表征、组分分析以及原位的组装电池评价等，重点介绍了各种方法的基本原理、操作条件、结果分析以及应用情况等，发现电化学腐蚀分析的测试标准不统一、原位评估方法应用较少等问题，提出进一步分析测试参数影响并统一测试标准以及尽可能在电池运行环境中评估金属双极板性能的研究方向，期待后续研究能够尽快完善相关评价标准体系，促进行业规范有序发展。     

Evaluation of Ni‐Mo and Ni‐Mo‐P Electroplated Coatings on Stainless Steel for PEM Fuel Cells Bipolar Plates

Stainless steel bipolar plates (BPPs) are the preferred choice for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs); however, a surface coating is needed to minimize contact resistance and corrosion. In this paper, Ni–Mo and Ni–Mo–P coatings were electroplated on stainless steel BPPs and investigated by XRD, SEM/EDX, AFM and contact angle measurements. The performance of the BPPs was studied by corrosion and conduction tests and by measuring their interfacial contact resistances (ICRs) ex situ in a PEMFC set‐up at varying clamping pressure, applied current and temperature. The results revealed that the applied coatings significantly reduce the ICR and corrosion rate of stainless steel BPP. All the coatings presented stable performance and the coatings electroplated at 100 mA cm⁻² showed even lower ICR than graphite. The excellent properties of the coatings compared to native oxide film of the bare stainless steel are due to their higher contact angle, crystallinity and roughness, improving hydrophobicity and electrical conductivity. Hence, the electroplated coatings investigated in this study have promising properties for stainless steel BPPs and are potentially good alternatives for the graphite BPP in PEMFC.     

双极性涂料与腐蚀防护

双极性涂层(底漆具阴离子交换膜性质,面漆具阳离子交换膜性质)源于半个多世纪以来腐蚀防护的研究成果。现在研发的双极性涂料,会给市场提供一个全新的高性能重防腐涂料。双极性涂料的概念也将有助于研发各种新型防腐涂料。     

涂层防护性能的测试方法研究

通过介绍无机涂层的防腐机理,对涂层/金属体系性能和失效过程进行了探讨。系统阐述了无机涂层的测试方法和技术,重点分析了电化学阻抗谱法(EIS)在评价涂层性能中的应用,为进一步研究无机涂层腐蚀的本质和过程提供了有价值的参考。     

Corrosion Investigation of Chromium Nitride and Chromium Carbide Coatings for PEM Fuel Cell Bipolar Plates in Simulated Cathode Condition

Transition metals nitrides and carbides are used as coatings on bipolar plates for proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) due to their suitable electrical conductivity and corrosion resistance. Chromium electroplated AISI 316L stainless steel bipolar plates were treated by plasma nitriding and solid carburizing to form chromium nitride and chromium carbide, respectively. The presence of CrN/Cr₂N and Cr₇C₃/Cr₂₃C₆ was verified by X‐ray diffractometry (XRD) in chromium nitride and chromium carbide coatings, respectively. The corrosion behavior of coatings was investigated by potentiodynamic polarization, potentiostatic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) in simulated cathode condition. Coated samples showed better corrosion behavior than untreated bare sample. EIS results indicated decrease in corrosion current density after 500 hours, however coatings acted as barrier against solution access to substrate. Corrosion current densities of coatings were close to targets of United Stated department of energy (DOE).     

不锈钢金属双极板TiW和TiTa膜的制备及性能

针对质子交换膜燃料电池金属双极板耐蚀性和导电性有待提高的问题，本文用磁控溅射双靶共溅的方法，在316L不锈钢基体表面沉积TiW和TiTa两种非贵金属膜层。通过X射线衍射、扫描电子显微镜-能谱仪、X射线光电子能谱仪、电化学和接触电阻测试等方法，表征了涂覆膜层后不锈钢的微观结构、表面形貌、化学组成、耐腐蚀性和导电性。实验结果表明，磁控溅射制备得到的TiTa膜表面较为均匀，且TiTa膜沉积的不锈钢具有较好的耐腐蚀性，其恒电位极化电流密度能够维持在0.3μA/cm²；从导电性来看，TiW膜与碳纸之间的接触电阻小于TiTa膜。综合考虑材料的各项性能，认为沉积TiTa膜的316L不锈钢有用作金属双极板材料的潜力。     

油田管道和压力容器用涂层的研究现状与进展

针对油田管道和压力容器所用的防腐涂层,从有机涂层、无机涂层和无机有机复合涂层三大类分别从涂料的组成、涂层的防腐性能特点及应用范围等方面介绍了常用的涂层类型,简要阐述了涂层的屏蔽作用、缓蚀作用和电化学保护三个主要的防腐机理以及影响涂层质量的主要因素,并关注了目前一些新型涂层的研究动态,提出了未来涂层防腐技术的研究和应用应着重注意的问题。     

固化剂对有机改性凹凸棒石/聚苯胺环氧树脂复合涂层性能的影响

固化剂对涂层的防腐、力学性能起着至关重要的作用.以环氧树脂为成膜物质,采用原位复合法在环氧树脂体系中合成有机改性凹凸棒石/聚苯胺(OAT/PAn)复合涂层,分别使用改性脂肪胺固化剂593、酚醛胺固化剂T-31以及聚酰胺固化剂650对上述涂层进行固化,讨论了不同种类固化剂对涂层的化学结构、防腐和力学性能以及耐水性能的影响.利用FTIR 对比了各涂层的固化结构,证明了三种固化剂均可使复合涂层固化;SEM结果表明,593固化剂固化涂层的致密性最好;电化学实验结果表明,593固化剂的固化涂层防腐性能最佳,腐蚀电位达到了Ecorr=-318 mV,腐蚀电流密度Icorr=1.193×10-6 A·cm-2;通过划格法评价了各涂层的附着力,发现593固化剂固化效果最好,附着力可达5B;对比浸泡168 h后涂层的耐水性发现,593固化剂耐水性最好.     

Reviewing Metallic PEMFC Bipolar Plates

A bipolar plate is one of the most important components in a polymer exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack and has multiple functions. Metallic bipolar plate candidates have advantages over composite rivals in excellent electrical and thermal conductivity, good mechanical strength, high chemical stability, very wide alloy choices, low cost and, most importantly, existing pathways for high‐volume, high‐speed mass production. The challenges with metallic bipolar plates are the higher contact resistance and possible corrosion products, which may contaminate the membrane electrode assembly. This review evaluates the candidate metallic and coating materials for bipolar plates and gives the perspective of the research trends.