基于PEMFC的304不銹鋼雙極板疏水性表面膜的制備及性能研究.pdf

1、雙極板作為質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的重要組件之一，占電池重量的60~80％，成本的45%左右，主要作用為集流導(dǎo)電，分隔陰陽極，支撐膜電極和導(dǎo)熱。不銹鋼（SS）金屬材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，低的氣體滲透率，機械加工性和低廉的成本，是雙極板實際生產(chǎn)的最佳候選材料。而流道是雙極板的重要設(shè)計和組成部分，流道的好壞將直接影響PEMFC的性能和效率。流道主要起到輸送原料，質(zhì)子的傳導(dǎo)和收集產(chǎn)物水的作用，而流道中的水管理是目前影響PEMFC實

2、際應(yīng)用的一個重大難題，因此需要對其進行表面改性。在金屬雙極板表面涂覆一層疏水性能優(yōu)良的疏水膜，是提高其表面疏水性的直接有效途徑。本文通過表面改性處理，在不銹鋼基底表面自組裝形成了具有良好疏水性的膜層。
　　在對課題組前期304SS的酸處理-熱處理-電化學(xué)處理的基礎(chǔ)上，本文進一步對其進行疏水性表面優(yōu)化，并對其在不同成膜時間及模擬PEMFC環(huán)境下不同極化時間后的疏水性和耐腐蝕性進行測試分析。得出在經(jīng)過6-N,N-（二丁基）-1,3,5

3、-均三嗪-2,4-二硫醇（DB）修飾，15min自組裝成膜后其疏水性和耐腐蝕性最佳，其平均接觸角達99.08°，自腐蝕電位和腐蝕電流密度分別為22.7mV和3.33×10-8A·cm-2；在模擬PEMFC環(huán)境下經(jīng)過10h極化后，其疏水性和耐腐蝕性基本穩(wěn)定，其平均接觸角為89.85°，自腐蝕電位和腐蝕電流密度分別為-135.1mV和1.81×10-8A·cm-2。通過FT-IR和XPS對其進行表面元素分析表明，304SS表面被DB膜覆蓋，

4、且硫醇與基底之間形成了-S-Fe/Ni的化合鍵，與基底具有良好的結(jié)合性。FE-SEM和EDS對其表面進行分析表明，經(jīng)過DB膜涂覆后，在其表面形成了具有一定粗糙度的微觀表面結(jié)構(gòu)；經(jīng)過長時間極化后，粗糙度有所降低，304SS表面C、N、S元素含量隨著極化時間的增加而減少，F(xiàn)e和Cr的含量增加，且在分布C、N、S元素的地方，F(xiàn)e、Cr元素的分布較少。
　　為了進一步增加其疏水性，本文用十八烷基三氯硅烷（OTS）對經(jīng)過DB處理的304SS

5、試樣進一步表面處理。得出在經(jīng)過6h OTS成膜后制得DB/OTS復(fù)合膜，具有良好的疏水性和耐腐蝕性，其平均接觸角達148.72°，自腐蝕電位為-5.3mV，腐蝕電流密度為1.03×10-8A·cm-2；在模擬PEMFC環(huán)境下經(jīng)過10h極化處理后，仍具有良好的表面疏水性和耐腐蝕性，其平均接觸角為138.18°，自腐蝕電位為-196.4mV，腐蝕電流密度為0.73×10-8A·cm-2。通過FT-IR和FE-SEM對試樣進行表面進行分析，發(fā)