导电聚苯胺膜在模拟PEMFC环境下的腐蚀性能

在由0.5mol/L H2SO4和0.5mol/L苯胺组成的溶液体系中,采用恒电位方法在316L不锈钢双极板表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)薄膜。用红外光谱技术研究了聚苯胺膜的化学键和状态,用扫描电子显微镜观察了聚苯胺膜的表面形貌。以1mol/L H2SO4及2ppM NaF的混合溶液作为模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)工作条件下的腐蚀介质,控制温度在70℃,用电化学技术研究了聚苯胺膜的腐蚀行为。红外光谱测量结果显示,不锈钢基底上沉积的聚合物膜是聚苯胺。扫描电子显微镜观察表明,在0.8V电压下得到的聚苯胺膜较为均匀致密。极化曲线和电化学阻抗测量结果表明,聚苯胺膜能够显著提高不锈钢双极板的耐腐蚀性能。     

草酸水溶液中电化学合成聚苯胺及其耐蚀性

在0.3 M草酸与0.1 M苯胺单体组成的水溶液中,用循环伏安法(CV)在316L不锈钢(SS)表面电化学合成了导电聚苯胺(PANI)膜。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对聚苯胺膜进行结构分析,发现所合成的PANI为具有苯-醌交替的中间氧化态的聚苯胺,草酸阴离子作为"对阴离子"在PANI中发生了掺杂。用扫描电子显微镜(SEM)观察聚苯胺的表面形貌,发现PANI膜呈现细颗粒堆积形态。用0.2 M H2SO4水溶液模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)双极板的腐蚀环境,用电化学技术在0.2 M H_2SO_4中研究了PANI/316LSS复合体系的耐腐蚀性能,电化学阻抗谱(EIS)结果表明,Nyquist图呈现双容抗弧特征,不同循环周期合成的聚苯胺薄膜其耐蚀性能略有不同,循环周期为20圈时耐蚀性能最佳。     

rGO/PANI/316L SS双极板长期暴露耐蚀性变化规律

在不锈钢(stainless steel, SS)基材上电沉积导电-防护性涂层可以提高双极板的耐蚀性和使用寿命。用循环伏安法在316L SS上电沉积导电聚苯胺(polyaniline, PANI)和还原氧化石墨烯(reduced graphene oxide, rGO)双层防护涂层,将rGO/PANI/316L SS在0.2 mol·L^-1 H₂SO₄水溶液中连续暴露56 d,监测浸泡过程中开路电位和电化学阻抗谱,探究长期暴露条件下耐蚀性变化规律。用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察表面形貌,用红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR)确定官能团结构。研究结果表明,长期浸泡腐蚀过程分为3个阶段：前期表层rGO溶解变薄使耐蚀性下降;中期在PANI/316L SS膜/基界面处发生钝化膜的形成、溶解与修复过程;后期rGO层部分溶解露出PANI层导致耐蚀性和导电性降低。经长期浸泡,rGO/PANI/316L SS体...     

奥氏体不锈钢双极板的低温超饱和气体渗碳表面改性

通过低温超饱和气体渗碳(LTCSGC)处理,在316L不锈钢双极板表面形成了一层厚度约30μm的渗碳层,研究了从基体沿渗碳层深度方向的碳的质量分数、残余应力、硬度分布和相结构,测量了渗碳后316L不锈钢双极板的接触电阻,分析了渗碳后316L不锈钢双极板在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)环境中的耐腐蚀性能.结果表明:渗碳层是由膨胀奥氏体相组成的梯度材料,从渗碳层表面到基体的碳的质量分数、残余应力和硬度逐渐降低;经过LTCSGC处理后,316L不锈钢双极板的接触电阻降低了34%;在模拟PEMFC的阳极环境中,其自腐蚀电位升到-79 mV,高于工作电位-0.1 V,获得了阴极保护;在模拟PEMFC的阴极环境中,其自腐蚀电位提高了260 mV,抗腐蚀性能显著提高,恒电位极化腐蚀电流密度降低了75%.     

质子交换膜燃料电池双极板用金属改性的研究

通过脉冲偏压电弧离子镀工艺,在316L不锈钢表面上沉积出致密的Cr的氮化物梯度薄膜(CrxN).表面改性后的不锈钢双极板界面导电性能良好,在质子交换膜燃料电池电堆的组装力范围内,与Toray碳纸的接触电阻为7.9～11.2 mQ·cm2.双极板的耐腐蚀性能相对于未处理的316L不锈铜基体有了显著的增强:在0.5 mol/L H2SO4 5×10-6mol/L F-的模拟电池环境腐蚀溶液中,室温下改性后双极板的腐蚀电流约为10-7 A/cm2,比基体的小了2个数量级;70℃时在相同的腐蚀环境下,虽然腐蚀电流有所增大,但仍然比不锈钢基体的腐蚀电流小1～2个数量级.改性双极板有很高的表面能,与水的接触角达90°,这有利于电池内部液态水的排出.通过表面改性获得的具有耐蚀-导电-憎水综合性能的金属双极板材料,在质子交换膜燃料电池中有很大的应用潜力.     

质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性涂层研究进展

用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板,因其可加工性强、导热导电性优而受到广泛关注．作为燃料电池的重要组成部分,双极板的生产成本和性能是电堆投入实际应用、扩大应用范围的关键．金属双极板在PEMFC酸性且润湿的环境中,受到的侵蚀及其表面氧化带来的接触电阻的降低对其实际应用产生了挑战．本文简述了制备双极板表面改性涂层的方法,对比了用于极板改性的多类型涂层(金属基涂层、非晶碳涂层和氮化物涂层)在膜基结合力、界面导电性、耐腐蚀性能和疏水性等方面的差别,分析了改性涂层的腐蚀机制和影响涂层性能表现的因素,探讨了涂层在结构设计、失效机制、元素选择等方面存在的问题,讨论了降低极板成本、提高耐久性这一极板改性研究的主要趋势．      

聚苯胺/氧化石墨烯导电复合材料的制备

通过原位聚合非二次掺杂制备了高导电性聚苯胺/氧化石墨烯复合材料.采用盐酸为掺杂酸,研究了聚苯胺/氧化石墨烯的微观形貌;探讨了盐酸浓度及氧化石墨烯（GO）用量对反应过程和复合材料导电性的影响.结果表明：聚苯胺（PANI）以球状物的形式均匀地包覆在GO表面;盐酸浓度超过0.5 mol·L-1,反应诱导期明显缩短,复合材料的导电性显著提高.在聚合体系中加入GO可延长聚合反应诱导期,但随着GO用量的增加反应诱导期缩短.当盐酸浓度为0.5 mol·L-1,GO与苯胺单体质量比超过2％时,制备的PANI/GO复合材料中GO形成导电通路,电导率较纯PANI提高一个数量级,达到1.4S·cm-1.     

偶联剂对石墨/酚醛树脂复合双极板性能的影响

针对石墨/酚醛树脂复合双极板存在的强度低、脆性大等问题,采用偶联剂改性方法来增强复合双极板的界面结合,提高其抗弯强度.研究了偶联剂的种类、添加方式及用量对石墨/酚醛树脂复合材料双极板力学性能和电学性能的影响.结果表明:采用石墨改性法可提高石墨/酚醛树脂复合双极板的抗弯强度,但导电性能有所降低;而采用树脂改性法制备的石墨/树脂复合双极板同时具有较高的电学和力学性能.因此树脂改性法更适合制备复合双极板.当偶联剂质量分数均为0.7％,采用树脂改性法分别以硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂改性时,石墨/树脂复合材料双极板抗弯强度和电导率分别为33.3 MPa,70.3 S· cm-1和32.1 MPa,73.8 S· cm-1,均满足燃料电池用石墨/酚醛树脂复合双极板的技术要求.     

聚苯胺合成的热动力学及其在电解电容器中的应用

用热动力学方法测量聚苯胺(PANI)合成过程的动力学参数,证明其反应第二阶段为一级反应.在20.0℃,以十二烷基苯磺酸(DBSA)为掺杂剂和乳化剂,反应速率常数为1.18×10-3 s-1,该反应的活化能为56.52kJ/mol.以四探针仪测得PANI粉末的电导率为6.51×10-5 S/cm,经二次掺杂后测得其薄膜电导率为2.26S/cm.以PANI制成的固体铝电解电容器其电容量可达到3.243 1μF,最高使用温度可达到100℃,具有较好的稳定性和频率性能.     

304不锈钢双极板在模拟PEMFC环境中的性能

为降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的生产成本,选择成本低廉、强度高、化学稳定性好的不锈钢材料替代传统的石墨双极板.以304不锈钢为研究对象,采用电化学方法测定其在模拟PEMFC环境下的极化曲线和对应于PEMFC工作电位下的恒电流极化曲线,用伏安法测量304不锈钢表面氧化膜/钝化膜与碳纸之间的接触电阻.结果表明,在模拟PEMFC环境中,304不锈钢钝化电流密度低于16μA/cm2,电流没有出现明显的波动;304不锈钢在模拟PEMFC环境中表面生成的钝化膜的接触电阻大于空气中形成的氧化膜的接触电阻.     

种子乳液聚合法制备聚苯胺导电复合物

采用种子乳液聚合的方法制备了聚(苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯腈)/聚苯胺(P(St-BA-AN)/PANI)核壳结构复合微球,对复合微球的形貌、结构、电性能和热性能进行了研究.结果表明,种子微球的粒径、形貌以及掺杂剂的种类对核壳结构复合物的电导率均有影响,并且其电导率随着苯胺加入量的增加而提高.TGA测试结果表明,在380℃以下P(St-BA-AN)/PANI复合物的热稳定性好于PANI.     

电沉积铅改性304不锈钢双极板在模拟PEMFC环境中的性能

为提高304不锈钢双极板的耐腐蚀性能,分别采用直流和脉冲电刷镀铅对其表面改性.采用电化学方法测定了改性前后304不锈钢在模拟PEMFC环境下的极化曲线,在扫描电镜 (SEM) 下观察了模拟腐蚀后的表面形貌,并用伏安法测量了改性前后304不锈钢的接触电阻.在模拟PEMFC环境中,改性后304不锈钢自腐蚀电流密度由10.83μA/cm2下降至6.18μA/cm2.经200h模拟腐蚀后,304不锈钢表面发生点蚀,而改性不锈钢板表面完整,未观察到明显腐蚀.改性后的接触电阻也有所降低.结果表明,电沉积铅能有效提高304不锈钢在模拟PEMFC环境中的耐腐蚀性能,可望满足PEMFC环境下长期耐腐蚀的要求.     

自组装合成超疏水聚苯胺片状多级结构

采用无模板-化学氧化聚合法,在全氟辛酸(PFOA)的水溶液中以过硫酸铵(APS)为氧化剂聚合苯胺(Ani)自组装合成超疏水聚苯胺(PANI)片状多级结构.利用SEM,FT-IR,XRD和UV-vis对其形貌和结构进行了表征.当PFOA浓度为0.002 4 mol/L,聚合温度为25℃时,氧化剂APS的量与苯胺相同;Ani浓度为0.022mol/L时,合成的PANI为长几十微米宽大约为2~5μm的片状结构,该片状结构表面由长大约1μm直径约为100nm的PANI纤维组成;而Ani浓度为0.044mol/L时,合成的PANI长为20μm左右宽大约为2~3μm的片状结构,该片表面布满短而粗的不规整纤维,并且发现它们的水接触角分别为149°和151°,表明该材料具有超疏水性能.     

PANI/MWNTs复合材料的合成及电容性能

以苯胺(PANI)和多壁碳管(MWNTs)为原料,采用原位聚合法合成聚苯胺,使聚苯胺均匀包覆在碳管表面,得到PANI/MWNTs复合材料.在1mol/L H2SO4电解液中,以甘汞电极为参比电极,通过循环伏安、恒流充放电测试其电化学特性.结果表明,当电流密度在1A/g时,复合材料的比电容达到241.6F/g,远大于纯碳...     

膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板研究

以膨胀石墨为导电骨料、炭黑为添加剂、酚醛树脂为黏结剂,采用模压成形工艺制备质子交换膜燃料电池用膨胀石墨/酚醛树脂复合材料双极板.考察树脂含量、成形压力、添加剂用量及添加剂加入方式对复合材料双极板性能的影响.研究结果表明:上述因素对复合材料双极板的性能影响较大,黏结剂的加入量(质量分数)为20％-30％、压力在10～12 MPa较为合适;炭黑对复合材料双极板的性能影响比较复杂,在实验用炭黑范围内,随着炭黑用量的增加,电导率增大较快,抗折强度先增大后减小;在复合材料的混料过程中,将炭黑添加在树脂中,制备的复合材料双极板性能比炭黑添加在膨胀石墨性能好.     

染料掺杂聚苯胺半导体薄膜的性能研究

采用电化学方法,制备了不同染料掺杂的聚苯胺薄膜,同时对染料掺杂后聚苯胺的结构和性能进行了表征,对其在紫外可见光区的吸收特性进行了研究.研究结果表明:染料掺杂后的聚合物薄膜电导率分别为:直接耐晒蓝掺杂为0.142S/cm;直接耐晒翠蓝掺杂为1.05S/cm;直接耐晒黑掺杂为0.796S/cm.直接耐晒蓝、直接耐晒翠蓝、直接耐晒黑掺杂均可使聚苯胺在可见光谱范围内的光吸收增强,可较大幅度地改善聚苯胺的光谱响应范围,同时又使得有机染料掺杂后的聚苯胺薄膜保持很高的电导率.另外,染料的种类对掺杂后聚苯胺的热稳定性有很大的影响     

不锈钢双极板用C/Cr复合薄膜原位石墨化调控

为了在不锈钢双极板上沉积导电耐蚀的防护型薄膜,采用等离子体增强化学气相沉积复合磁控溅射技术,以温度为变量,在304不锈钢表面沉积掺铬类石墨(Cr-GLC)多层薄膜,并进行原位石墨化调控。实验结果表明,随着制备温度升高,薄膜有一定石墨化倾向,薄膜接触电阻降低,自腐蚀电位升高,薄膜与基体结合良好。395℃制备的Cr-GLC薄膜接触电阻低至17 mΩ·cm²,自腐蚀电位为173.3 mV,具有良好的综合性能。     

掺杂型聚苯胺导电防腐涂料的制备与研究

以苯胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,通过化学氧化法合成聚苯胺,并以其为导电填料,以环氧树脂为成膜物,制备出一种电导率在0.04-0.05 S/cm范围内的新型导电防腐涂料。讨论了氧化剂的用量、盐酸的浓度、反应时间和反应温度等对聚苯胺涂料导电性的影响以及在盐雾、酸性、碱性和油水条件下,其腐蚀情况和电导率的变化。结果表明:实验最佳制备条件为:氧化剂与苯胺的摩尔比1∶1,反应温度小于5℃,反应时间4 h,盐酸浓度为2 mol/L,聚苯胺的质量分数为15%~20%;除碱性条件外,导电聚苯胺防腐涂料在油水、盐雾和酸性条件下均具有良好的导电性和防腐蚀性能。     

Pt修饰聚苯胺-WO3复合膜电极对甲醛的电催化氧化

采用脉冲电位法在钛电极表面合成了聚苯胺-三氧化钨(PANI-WO_3)复合膜．扫描电镜照片表明,粒径100～150 nm的WO_3颗粒较好地分散在纳米纤维状PANI中, WO_3在膜中的嵌入对PANI的形貌没有产生明显的影响．研究结果表明,PANI-WO_3膜具有良好的导电性,有着比单纯纳米纤维PANI更小的电化学阻抗．与Pt/PANI电极相比较, Pt/PANI-WO_3电极对甲醛的电化学氧化呈现出了更好的催化活性;在相同的PANI膜厚和Pt载量的条件下,Pt/PANI-WO_3电极对甲醛氧化催化活性是Pt/PANI电极的2～3倍．     

聚苯胺/改性凹凸棒的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

采用原位氧化法以不同浓度硫酸改性的凹凸棒(ATP)和掺杂的聚苯胺(PANI)为原料制备了聚苯胺/改性凹凸棒(PANI/mATP)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和比表面测定仪(BET)分别对PANI/mATP进行分析表征,并研究了PANI/mATP对阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附性能,系统考察了pH值、吸附剂用量、温度、初始浓度和吸附时间的影响及吸附过程的热力学与动力学性能,探讨了PANI/mATP对MB的吸附机理。结果表明,吸附在180 min内达到吸附平衡,当温度为338 K,pH值为12时,4. 0mol/L硫酸改性的ATP与掺杂4. 0 mol/L硫酸的PANI制备的复合材料对MB的吸附性能最佳,其吸附率可达96. 2%,吸附量为240. 5 mg/g,且吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型;吸附热力学结果表明,PANI/mATP对MB的吸附是吸热过程,其吸附作用力主要为氢键、π-π共轭与静电作用。