锈钢抗腐蚀性能有显著效果，空白不锈钢自腐蚀电流密度为1.0581*10—4Amp/cm2，经过石墨烯/聚苯胺膜修饰过的不锈钢双极板的自腐蚀电流密度为1.2518*10—6Amp/cm2，石墨烯掺杂导电聚苯胺修饰的不锈钢钢片的自腐蚀电流密度下降了一个数量级，抗腐蚀性能提高，接触电阻可降低到61πιΩ.cm2，电流收集效率明细提高;通过与单独电化学沉积聚苯胺对比，其缓蚀效率相对于聚苯胺修饰的不锈钢钢片上升了约30 %?40 %，相对于表面不做任何修饰的不锈钢上升了50%左右，接触电阻从原不锈钢基材的732πιΩ.cm2，到单独用聚苯胺修饰的356mΩ.cm2，再到目前用石墨稀掺杂导电聚苯胺修饰的61ηιΩ.cm2。
[0045]实施例2
[0046]本实施例的一种石墨稀掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板，所述双极板由316L不锈钢板1、极性氧化膜层2、导电聚苯胺/石墨烯膜层3组成，所述极性氧化膜层覆盖在金属板表面，所述石墨烯掺杂的导电聚合物膜层覆盖在极性氧化膜层表面，所述导电聚苯胺/石墨烯膜层3的厚度约为0.035_，所述极性氧化膜层的厚度约为10nm，所述不锈钢板I的厚度为0.3mm。
[0047](I)制备电解液:将导电聚合物单体、羧基化石墨烯和无机酸分散在去离子水中，然后边搅拌边超声分散30分钟，制得电解液，静置备用，所述电解液*H2S04的浓度为
0.5mol.L—S苯胺单体的浓度为0.3mol.L—S羧基化石墨烯的质量分数为6% ;
[0048](2)在预处理后的不锈钢板表面电化学合成石墨烯掺杂导电聚合物膜层:电化学合成实验在常规的三电极体系中进行，在电解池中采用计时电流法，将所述金属板放入步骤(I)所述制得的电解液中，以预处理后的不锈钢板为工作电极，铂片电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，控制扫描电压范围为-0.2?1.3V，时间为300s，将石墨烯/聚苯胺复合材料电化学合成同时沉积到不锈钢电极上的极性氧化膜层表面，然后将沉积有石墨烯/聚苯胺复合膜层的金属板放入125°C的烘箱中加热固化6h，制得所述石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板。
[0049]将上述制得的石墨烯掺杂导电聚苯胺修饰的不锈钢片在模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极环境(80°C，腐蚀液0.01mol/L Na2S04+0.01mol/L HCl溶液，连续通入H2两小时后放入试样)下的耐蚀性和导电性能进行了测试，测试结果表明，聚苯胺/石墨烯膜对于增强316L不锈钢抗腐蚀性能有显著效果，空白不锈钢的自腐蚀电流密度为1.0581*10—4Amp/cm2，经过石墨烯/聚苯胺膜修饰过的不锈钢双极板的自腐蚀电流密度为1.0213*10—6Amp/cm2，石墨烯掺杂导电聚苯胺修饰的不锈钢钢片的自腐蚀电流密度下降了两个数量级，抗腐蚀性能提高，接触电阻可降低到38πιΩ.cm2，电流收集效率明细提高。通过与单独电化学沉积聚苯胺对比，其缓蚀效率相对于聚苯胺修饰的不锈钢钢片上升了约30 %?40 %，相对于表面不做任何修饰的不锈钢上升了55%左右。接触电阻从原不锈钢基材的732πιΩ.cm2，到单独用聚苯胺修饰的356mΩ.cm2再到目前用石墨稀掺杂导电聚苯胺修饰的38ηιΩ.cm2。
【主权项】
1.一种石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于:所述双极板由金属板、极性氧化膜层、石墨烯掺杂的导电聚合物膜层组成，所述极性氧化膜层覆盖在金属板表面，所述石墨烯掺杂的导电聚合物膜层覆盖在极性氧化膜层表面，所述石墨稀掺杂的导电聚合物膜层的厚度为0.005?0.3mm，所述极性氧化膜层的厚度为5?30nm，所述金属板的厚度为0.1?2mm。2.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于:所述导电聚合物为聚苯胺或聚吡咯。3.根据权利要求1所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板，其特征在于:所述金属板为不锈钢板或铜板。4.一种根据权利要求1?3任一项所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: (1)制备电解液:将导电聚合物单体、羧基化石墨烯和无机酸分散在去离子水中，然后边搅拌边超声分散均匀，制得电解液，静置备用，所述电解液中无机酸的浓度为0.1?Imol/L，导电聚合物单体的浓度为0.05?lmol/L，羧基化石墨烯的质量分数为I?10% ； (2)金属板预处理:选取厚度为0.1?2的金属板，依次利用不同规格的砂纸对金属板进行打磨，然后用丙酮清洗干净后放入含有硝酸和双氧水的氧化液中进行常温氧化处理3?10分钟，使金属板表面形成极性氧化膜层，再用去离子水冲洗干净，吹干后备用； (3)在预处理后的金属板表面电化学合成石墨烯掺杂导电聚合物膜层:采用三电极体系，在电解池中利用电化学合成方法，将所述金属板放入步骤(I)所述制得的电解液中，以金属板为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在步骤(2)所述预处理后的金属板的极性氧化膜层表面化学合成同时沉积石墨烯掺杂的导电聚合物膜层，然后将沉积有导电聚合物膜层的金属板放入烘箱中加热固化，制得所述石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板。5.根据权利要求4所述的石墨稀掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述电化学合成技术可以为恒电位法、计时电流法或循环伏安法中的任一种电化学方法。6.根据权利要求5所述的石墨稀掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述电化学合成方法为计时电流法，具体沉积条件为:电压范围为-0.2?1.3V，时间为60?600s。7.根据权利要求4所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述氧化液中硝酸的浓度为5?10%，所述双氧水的浓度为3?5 %。8.根据权利要求4所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的羧基化石墨烯是将石墨烯粉末在70?100°C条件下经强酸溶液酸化、然后稀释、过滤后制得。9.根据权利要求4所述的石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述烘箱的温度为120?160°C，固化时间为I?6h。
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯掺杂导电聚合物修饰的质子交换膜燃料电池金属双极板及其制备方法，属于燃料电池技术领域。本发明所述的双极板由金属板、极性氧化膜层、石墨烯掺杂的导电聚合物膜层组成，所述极性氧化膜层覆盖在金属板表面，所述石墨烯掺杂的导电聚合物膜层覆盖在极性氧化膜层表面，所述石墨烯掺杂的导电聚合物膜层的厚度为0.005～0.3mm，所述极性氧化膜层的厚度为5～30nm，所述金属板的厚度为0.1～2mm。本发明是利用电化学合成方法将石墨烯掺杂导电聚合物膜沉积在预处理后的不锈钢板表面，通过本发明制得的金属双极板接触电阻较小，腐蚀电流密度低，金属基板与导电聚合物膜结合牢固度高，且本发明方法简单，加工成本低，可以批量生产。
【IPC分类】H01M8/0228, H01M8/0206, H01M8/0221
【公开号】CN105552399
【申请号】CN201510937054
【发明人】王海人, 周东浩, 王麒钧, 童彩豪, 杨倩, 崔日俊, 屈钧娥, 曹志勇
【申请人】湖北大学, 王麒钧
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月15日