电位对聚苯胺/不锈钢双极板腐蚀性能的影响

目的 增强双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作条件下的耐腐蚀性能.方法 以1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯(EMIES)离子液体作为聚合反应电解质,采用循环伏安法在316L不锈钢(SS)上电聚合聚苯胺(PANI)薄膜制备PANI/316L SS双极板.采用SEM观察表面形貌,采用FTIR分析官能团结构,采用XPS分析元素组成和键合状态.采用恒电位法控制PANI/316L SS电位分别为0.5、0.6、0.7 V(vs.SCE)以模拟PEMFC阴极电位,测量恒电位极化后开路电位、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)的变化.结果 PANI膜均匀平整局部有微裂纹.FTIR显示有苯环、醌环、S=O和—COOH伸缩振动.XPS表明PANI膜含有C、N、O和S等元素.PANI/316L SS极化曲线在钝化区内电流密度波动较大,EIS的Nyquist图由高频容抗弧和低频直线构成,容抗弧半径随着极化电位的升高而增大.结论 PANI为中间氧化态结构,EMIES阴离子(CH3CH2SO4–)和草酸阴离子(HOOC-COO–)在PANI分子链中均有掺杂.在PEMFC阴极工作电位下PANI/316L SS处于阳极极化状态,电位对PANI/316L SS的耐蚀性影响显著,在0.6 V下PANI/316L SS呈现很好的耐蚀性,电位升高至0.7 V时,发生PANI过度氧化,导致"对阴离子"脱掺杂,使PANI/316L SS的导电性和耐蚀性下降.     

阳极反应气氛氢气对聚苯胺/不锈钢耐蚀性的影响

目的 为了提高双极板在质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作环境下的耐蚀性.方法 在1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐([EMIM][DEP])离子液体中,在316 L不锈钢(SS)基体上电聚合聚苯胺(PANI)膜.用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)进行微...     

聚苯胺膜/不锈钢复合双极板的耐蚀性和导电性

目的在316L不锈钢(SS)表面沉积聚苯胺(PANI)薄膜,制备PANI/316L SS复合材料双极板,提高316LSS在质子交换膜燃料电池工作环境下的耐腐蚀性能和导电性能。方法采用循环伏安法,在0.1 mol/L苯胺单体与0.2 mol/L H2SO4组成的水溶液中,在316L SS基体上电化学聚合PANI薄膜。采用SEM观察表面形貌,采用FTIR和Raman分析PANI官能团结构,采用XPS分析PANI膜中元素组成和化学键合状态。采用开路电位(OCP)、极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究PANI/316L SS腐蚀性能。采用四探针技术研究PANI膜的导电性。结果 SEM观察显示PANI膜为纤维状堆积物。红外光谱发现苯环、醌环和S==O伸缩振动,拉曼光谱发现掺杂态的半醌自由基C—N+·,确定合成的PANI具有中间氧化态结构。XPS分析表明,聚合过程发生了质子酸掺杂,"对阴离子"(SO42-)进入PANI分子链中,掺杂度为3%～4%。电化学测试表明,PANI/316L SS的OCP为0.15～0.25 V,PANI使316L SS腐蚀倾向降低,随着Cl-浓度的升高,腐蚀电流密度增大。结论在酸性含Cl-介质中,PANI/316L SS体系耐蚀性好,膜/基界面处保护性氧化膜Fe2O3和Cr2O3的形成,使PANI/316L SS体系耐腐蚀性能提高。在制备条件下,PANI膜厚度介于146～315μm之间,电导率范围为1.33～8.91 S/cm。     

聚苯胺/不锈钢双极板在H2SO4中腐蚀性能的变化规律

目的提高质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的耐蚀性。方法采用循环伏安法,在316L不锈钢(SS)表面电合成导电聚苯胺(PANI)膜,制备PANI/316L SS复合双极板。用红外光谱确定PANI官能团结构,用扫描电镜观察表面形貌,用X射线光电子能谱研究PANI膜成分和键合状态。用0.2 mol/L H2SO4模拟PEMFC腐蚀环境,采用极化曲线研究PANI/316LSS耐腐蚀性能,采用开路电位(OCP)和电化学阻抗谱(EIS),研究PANI/316L SS在长期浸泡过程中的腐蚀行为的变化规律。结果 PANI膜具有中间氧化态结构,呈现纤维堆积形貌。XPS结果表明,PANI膜中含有C、N、S和O等元素,聚合过程中"对阴离子"SO42-通过"掺杂"进入PANI分子链。涂覆PANI薄膜的316L SS腐蚀电位提高了0.17 V,长期浸泡过程中,OCP介于0.19～0.32 V之间,说明PANI/316L SS的腐蚀倾向降低。浸泡初期,OCP增大对应于膜/基界面处钝化膜的形成;浸泡中期,OCP下降/上升与钝化膜的溶解/修复有关;浸泡后期,OCP持续下降源于钝化膜的溶解。EIS的Nyquist图由高频端容抗弧和低频端扩散尾构成。结论随着浸泡时间延长,PANI膜被氧化,导致"对阴离子"SO_4~(2-)从PANI中发生"脱掺杂",使膜电阻增加,容抗弧半径增大。浸泡82天,PANI/316L SS体系仍具有良好的耐腐蚀性能。     

[emim]OTf离子液体中镀铌不锈钢双极板在PEMFC环境中的电化学行为

以对水和空气稳定的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([emim]OTf)为电解质,在不锈钢双极板表面电沉积铌,并在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中研究了镀铌改性的双极板的电化学行为。结果表明,铌镀层以孤岛的形式均匀分布在不锈钢表面,其高度在100nm以内。XPS、XRD测试结果表明,镀铌不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO、Nb2O5。在模拟阳极环境中,镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢的腐蚀电位提高530mV;恒电位-0.1V时电流密度从4.5315μA·cm-2降低到2.7554μA·cm-2;在模拟阴极环境中,镀铌不锈钢的腐蚀电位比不锈钢提高430mV,恒定电位0.6V时电流密度从4.4008μA·cm-2降低到0.0028μA·cm-2。电化学测试结果表明,镀铌不锈钢的电化学极化性能得到改善,反应电阻增大,提高了耐蚀性能。     

316L不锈钢双极板激光焊接工艺研究

0.1 mm厚316L不锈钢薄板主要用于制作氢燃料电池的主要部件双极板.在其制作过程中,需要进行薄板搭接焊.采用单模光纤激光焊对0.1 mm厚316L不锈钢双极板进行搭接焊工艺研究,观察焊接接头正面以及截面组织形貌,并分析不同工艺参数对焊缝成形以及接头力学性能的影响.结果表明,焊缝表面质量良好,焊接接头可达到熔透连接,...     

基于能量法的PEMFC不锈钢双极板成形起皱分析

针对不锈钢双极板冲压过程中容易起皱的问题,利用能量法原理分析了不锈钢双极板冲压成形过程中起皱缺陷的折皱个数和压边力大小之间的关系,并给出板材临界起皱的条件。通过Dynaform软件分析了双极板在不同压边力条件下的成形过程。数值模拟结果显示,当压边力小于临界压边力时,板材出现了严重的起皱;压边力大于临界值时,起皱缺陷得到明显改善。双极板的冲压实验结果和模拟结果相吻合,结果表明,压边力对双极板成形质量的影响较大,能量法分析能够为压边力的设置提供参考;能量法和数值模拟能够预测和分析双极板的冲压成形情况,为加工出高质量的双极板提供指导。     

铜对铬锰不锈钢耐蚀性的影响

采用失重法、电化学极化曲线法、SEM、EDS、XRD等分析手段,分析了铜对铬锰不锈钢耐蚀性的影响及其机制。结果表明:随着铜加入量的增加,不锈钢表面产生的氧化膜变得致密,不锈钢的腐蚀减缓,耐蚀性提高。铬锰钢中的铜,以Cu2+形式在表面还原富集,降低不锈钢的活性溶解速度,有效地促进了不锈钢钝化膜的形成,从而显著提高其在稀硫酸中的耐腐蚀性能。     

不锈钢双极板钎焊接头电化学腐蚀行为的研究

分别测试了316L、304不锈钢、钎料、钎焊接头的动电位极化曲线.结果表明:在0.5 mol/L的H2SO4加入5×10-6 F-的电解质溶液中,不锈钢母材、钎料和钎焊接头的抗电化学腐蚀能力由大到小的排列顺序为:母材316L>TS-4AgSn钎料>钎焊接头>母材304.SEM观察发现,在钎焊接头的界面处产生了电耦腐蚀现象.     

基体偏压对PEMFC不锈钢双极板Cr-N改性涂层性能的影响

目的 提高SS316L双极板的耐腐蚀性与导电性。方法 使用脉冲直流磁控溅射技术,改变基体负偏压,于SS316L双极板上制备了Cr-N薄膜。通过扫描电子显微镜、XRD衍射仪、电子探针分析仪对薄膜的成分和结构进行了检测分析。通过接触电阻测试、电化学腐蚀测试和接触角测试表征了薄膜的导电性、耐腐蚀性和疏水性。结果 薄膜的结构主要由Cr和Cr₂N组成,各组试样的成分相近。随着沉积过程中基体负偏压的增大,薄膜结构更加致密。镀膜试样的耐腐蚀性均好于基材SS316L,基体负偏压为400 V时,测得试样的腐蚀电流密度最低,为3.49×10^-7 A/cm²。镀膜试样的导电性均好于基材SS316L,基体为负偏压200 V时,双极板的导电性最好,表面接触电阻为8.02 mΩ·cm²。基体负偏压继续增大,双极板的接触电阻会有所下降。结论 随着沉积偏压的增加,薄膜中的N含量略有增加。薄膜沉积对SS316L双极板的导电性、耐腐蚀性和疏水性有明显的提高,较于基材自腐蚀电位提升了411 mV,腐蚀电流密度下降了2个数量级。沉积时较高...     

镀铌不锈钢双极板的电化学性能

采用对水和空气稳定的氯化胆碱:乙二醇=1:2（摩尔比）的离子液体为电解质,在316不锈钢基体上进行电镀铌,考察模拟质子交换膜燃料电池（PEMFC）环境中镀铌不锈钢双极板的电化学性能。结果表明,以氯化胆碱类离子液体为电解质在316不锈钢表面可获得平整均匀的颗粒状铌镀层。在模拟质子交换膜燃料电池环境中,镀铌316不锈钢的腐蚀电位得到提高,维钝电流密度减小,阳极极化性能得到改善;孔蚀电位正移,反应电阻增大,耐蚀性能提高。能谱和X射线衍射分析结果表明,镀铌后316不锈钢表面生成化学惰性良好的NbO和Nb₂O₅,形成耐蚀“屏障”,改善了不锈钢表面膜的钝化能力,提高了不锈钢的电化学稳定性能。     

质子交换膜燃料电池用不锈钢双极板的腐蚀与表面改性研究进展

双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一,占电池组重量和成本的大部分。不锈钢由于具有强度高、导电、传热性好以及耐腐蚀等优点,因此被作为双极板材料。然而,在PEMF℃环境下,不锈钢会发生腐蚀并且表面会产生高电阻钝化膜,从而降低电池性能。为此,国内外研究者对不锈钢双极板的腐蚀与表面处理展开了广泛的研究,本文对此进行了详细阐述。     

用于燃料电池双极板的不锈钢成分优化

利用团簇式方法,通过对Fe-Cr-Ni合金进行成分精修,在保持合金良好耐蚀性的同时,提升不锈钢的导电性.首先,解析316L不锈钢的成分,获得其Fe-Cr-Ni基础成分的理想团簇式[Ni-Fe11Ni1]Cr3,进而,固定Cr3,将Ni含量(质量分数)从6.63％变到32.74％,得到符合团簇成分通式[Ni-Fe13-x...     

电化学蚀刻-掺杂316L不锈钢制备PEMFC双极板

目的 研究在0.5 mol/L KNO3和0.1 mol/L HNO3混合溶液中,电极电位对316L不锈钢(316LSS)表层微观形貌、化学组成、耐腐蚀性能和界面接触电阻的影响,以解决316LSS双极板在质子交换膜燃料电池中服役时腐蚀和表面接触电阻较大的问题.方法 借助于电化学交流阻抗、循环伏安、计时电流和动电位极化测试,对316LSS表面发生的电化学反应及改性后性能进行研究.利用电化学工作站、扫描电镜及X射线光电子能谱分析仪,对316LSS的耐腐蚀性能、微观形貌及化合价进行表征,并测量界面接触电阻和反应后溶液中铁铬金属离子浓度进行测量.结果 在0.5 mol/L KNO3+0.1 mol/L HNO3的混合溶液中,316LSS表面发生的反应为不可逆过程,当改性电位为–0.5 V(vs.SCE)时,交流阻抗低频区出现了代表物质吸附的感抗弧,电位负移到–0.6 V(vs.SCE)和–0.7 V(vs.SCE)时,表面发生点腐蚀和晶界腐蚀,膜层的完整性被破坏.最佳电位–0.5 V(vs.SCE)改性后316LSS表面出现凸起结构,表层元素分析发现关键合金元素铬主要以氧化铬和氮化铬形式存在,–0.5 V(vs.SCE)对应的氮化铬占比达54.8％.在140 N/cm2的压力下界面接触电阻与施加电位呈现抛物线关系,最小电阻值为8.7 m?·cm2(–0.5 V(vs.SCE)).改性后的316LSS耐腐蚀性能显著提升,最佳样品的腐蚀电流密度和腐蚀电位分别为0.065μA/cm2和136.738 mV,在模拟燃料电池中运行650 h时,腐蚀电流密度为3.4μA/cm2.结论 电化学改性316LSS的物理化学性能与施加电位大小密切相关.由于316LSS表层钝化膜在电化学反应过程中发生选择性溶解以及原位氮掺杂,促使钝化膜厚度减薄,掺杂氮元素稳定了膜层结构和提高了导电性能,消除了钝化膜对双极板性能的不利影响.最佳改性电位下316LSS表面发生选择性蚀刻形成致密的凸起状氮掺杂膜层,改善了316L不锈钢双极板综合性能.     

聚苯胺原位聚合改性氧化石墨烯制备复合涂层及其耐腐蚀性能研究

目的 提高聚苯胺(PANI)涂层的腐蚀防护性能,并明确其防腐机理.方法 通过原位聚合的方法,采用PANI对氧化石墨烯(GO)进行功能化修饰,并对其在GO表面的生长状态进行调控.利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射高分辨扫描电镜(FESEM),对功能化GO的结构和形貌进行表征和分析;然后将其引入到聚苯胺涂层中,制备PANI/GO复合涂层.采用电化学阻抗谱(EIS)详细研究PANI涂层以及不同的PANI/GO复合涂层对不锈钢基材的腐蚀防护效应,并对其耐腐蚀机制进行探讨.结果 PANI均匀地生长在GO片层上,其结构与形貌可以通过控制苯胺的添加量进行有效调控,且PANI的原位聚合促进了GO的片层剥离及舒展,改善了其分散性以及与涂层间的相容性.与单一PANI涂层相比,PANI/GO复合涂层的稳定开路电压值较大,且当苯胺与GO的质量比为5︰1时,获得的功能化GO的分散效果最佳,对聚苯胺涂层的腐蚀防护性能增强效果最为显著.此时复合涂层表现出最大的容抗弧直径,且电化学阻抗谱拟合后的电荷转移电阻最大,双电层电容最小.结论 PANI涂层本身可以在金属表面形成具有屏蔽作用的保护层,但其非致密的形态结构及腐蚀环境下的分子构型变化损害了涂层的腐蚀防护性能.通过功能结构化GO的复合,尤其是在GO分散性最佳的状态下,可有效提高涂层的致密性和抗渗透性,并且可抑制因质子反应导致的分子构型变化对涂层结构的破坏,从而增强涂层的腐蚀防护性能.