电位对聚苯胺/不锈钢双极板腐蚀性能的影响

摘要

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(CH_3CH_(2)SO_4~–)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。