聚苯胺/不锈钢双极板在H2SO4中腐蚀性能的变化规律

摘要

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/316L SS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”SO42−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。