电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法与流程

本申请涉及金属防腐和质子交换膜电池领域，特别是涉及一种电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法。

背景技术：

聚苯胺(pani)等均聚物由于电化学性质稳定、原层易得和制备过程简单等突出优点，自被发现以来，一直备受国内外众多学者的关注，近年来已逐渐成为国内外研究热点。

聚吡咯(polypyrrole,ppy)作为导电聚合物因其易于制备、良好的环境稳定性和较高的导电率被认为是最有商业价值的导电高分子材层之一，且聚吡咯除了具有导电聚合物共同的特征以外，还具有单体无毒，容易制备，所制备的膜电导率高，机械性能好且在空气中稳定性好等优点，在电催化材层、传感器、金属防腐材层、二次电池电极材层、药物释放材层和电控离子交换等诸多领域得到了广泛的研究与应用。

电聚合是能够在不添加除单体和掺杂酸外的其他添加剂的条件下在金属表面同时实现聚苯胺的合成与沉积，是一种可以快速大面积涂覆聚苯胺涂层的绿色方法。掺杂改性的聚吡咯涂层具有优良的导电性，掺杂改性的聚苯胺涂层的防腐蚀性能优越，两者复合有望在保持高导电性的同时获得良好的防腐性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种电极，包括导电基材、以及依次形成于该导电基材表面的聚吡咯涂层和聚苯胺涂层。

优选的，在上述的电极中，所述聚吡咯涂层掺杂有十二烷基苯磺酸钠和硫酸。

优选的，在上述的电极中，所述聚苯胺涂层掺杂有磷酸。

相应的，本申请还公开了一种质子交换膜燃料电池，包括不锈钢双极板，该不锈钢双极板表面依次形成有聚吡咯涂层和聚苯胺涂层。

优选的，在上述的质子交换膜燃料电池中，所述聚吡咯涂层掺杂有十二烷基苯磺酸钠和硫酸。

优选的，在上述的质子交换膜燃料电池中，所述聚苯胺涂层掺杂有磷酸。

相应的，本申请还公开了一种聚吡咯/聚苯胺复合涂层的制备方法，包括步骤：

步骤1：采用恒电流法在不锈钢基材表面电聚合一层由十二烷基苯磺酸钠和硫酸复合掺杂的聚吡咯涂层；

步骤2：采用恒电流法在步骤1所制备的涂层表面电聚合一层磷酸掺杂的聚苯胺涂层。

优选的，在上述的聚吡咯/聚苯胺复合涂层的制备方法中，所述步骤1中，恒电流法的电流为1ma-5ma，时间为600s～1200s；所述步骤2中，恒电流法的电流为1ma，时间为600s～1200s。

优选的，在上述的聚吡咯/聚苯胺复合涂层的制备方法中，所述步骤1中，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.02～0.05m；硫酸的浓度为0.2～0.5m；所述步骤2中，磷酸的浓度为0.2～0.5m。

优选的，在上述的聚吡咯/聚苯胺复合涂层的制备方法中，所述步骤1中，恒电流法所采用的吡咯浓度为0.05m-0.15m；所述步骤2中，恒电流法所采用的苯胺浓度为0.05-0.15m。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过电聚合法可以在不锈钢表面快速大面积沉积导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。本发明通过严格控制掺杂的溶质和溶剂，以聚吡咯作为双层涂层的内层提高涂层的导电性，以聚苯胺作为外层提高涂层的防腐蚀性能，内外涂层协同作用，在保持高导电性的同时获得良好的防腐性能，在质子交换膜燃料电池不锈钢双极板表面具有良好应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例1中获得的涂层与对比涂层的tafel曲线；

图2为本发明具体实施例1中获得的涂层与对比涂层的ocp随时间变化曲线。

具体实施方式

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

不锈钢表面经过不同目数的砂纸打磨至平滑，砂纸目数分别为400目,800目,1200目。

在不锈钢表面采用恒电流法制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.3m，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.02m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间600s；然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.3m，苯胺浓度为0.1m，电流为1ma，时间为600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

图1为实施例1中获得的涂层与对比涂层的tafel曲线。

图2为实施例1中获得的涂层与对比涂层的ocp随时间变化曲线。

其中，试样1是掺杂十二烷基苯磺酸钠和硫酸的聚吡咯为内层，掺杂磷酸的聚苯胺为外层的双层涂层；试样2是以掺杂硫酸的聚吡咯为内层，掺杂磷酸的聚苯胺为外层的双层涂层；试样3是掺杂硫酸的单层聚吡咯涂层；试样4是掺杂磷酸的单层聚苯胺涂层；试样5为304不锈钢裸板。

由附图1得知：试样1所获得的自腐蚀电位均高于对比涂层所获得的电位，试样1所获得的自腐蚀电流密度均小于对比涂层所获得自腐蚀电流密度，表明使用本申请的一种电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法能够值得具有较高的防腐蚀性能的聚吡咯/聚苯胺涂层，能够更好的保护不锈钢板。

由附图2得知：试样1所获得的开路电位均高于对比涂层所获得的电位，表明使用本申请的一种电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法能够值得具有较高的防腐蚀性能的聚吡咯/聚苯胺涂层，能够更好的保护不锈钢板。

实施例2

首先在不锈钢表面采用恒电流法制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.3m，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.03m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间600s；然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.3m，苯胺浓度为0.1m，电流为1ma，时间为600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例3

首先在不锈钢表面采用恒电流法制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.3m，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.03m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间900s；然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.3m，苯胺浓度为0.1m，电流为1ma，时间为900s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例4

首先在不锈钢表面采用恒电流法制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.3m，十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.03m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间1200s；然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.3m，苯胺浓度为0.1m，电流为1ma，时间为600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例5

首先在不锈钢表面采用恒电流制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.2m，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.04m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.5m，苯胺浓度为0.1m，实验参数为电流1ma，时间600s，然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例6

首先在不锈钢表面采用恒电流制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.5m，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.05m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.2m，苯胺浓度为0.1m，实验参数为电流1ma，时间600s，然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例7

首先在不锈钢表面采用恒电流制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.2m，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.04m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间600s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.5m，苯胺浓度为0.1m，实验参数为电流1ma，时间1200s，然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

实施例8

首先在不锈钢表面采用恒电流制备一层聚吡咯涂层，实验溶液中硫酸浓度为0.4m，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.04m，吡咯浓度为0.1m，实验参数为电流3ma，时间900s,然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥；在上述材层表面上采用恒电流法制备一层聚苯胺涂层，实验溶液中磷酸浓度为0.4m，苯胺浓度为0.1m，实验参数为电流1ma，时间900s，然后用去离子水洗涤表面，并在室温下干燥，最后制得墨绿色的导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层。

综上所述，本发明通过电聚合法，以磷酸、硫酸、十二烷基苯磺酸钠等导电制备的聚吡咯/聚苯胺双层涂层不仅具有较高的导电率，且能够使不锈钢的腐蚀电位处于钝化区域，发挥阳极保护作用；制得的涂层致密，可提供持久的物理保护。

本发明提供的技术对质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的技术突破和应用意义重大。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。