电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法技术

本申请公开了一种电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法，该涂层制备方法包括步骤：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。运用本发明专利技术提供的方法可以在不锈钢表面大面积快速沉积导电聚吡咯/聚苯胺双层涂层，该双层涂层的阳极保护效果优于电聚合的单层聚吡咯涂层，且导电率优于电聚合的单层聚苯胺涂层通过内外涂层协同作用，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的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
电极、质子交换膜燃料电池及涂层制备方法
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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供如下技术方案：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，本专利技术的优点在于：本专利技术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。本专利技术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为本专利技术具体实施例1中获得的涂层与对比涂层的Tafel曲线；图2为本专利技术具体实施例1中获得的涂层与对比涂层的OCP随时间变化曲线。具体实施方式本专利技术通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。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专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种电极，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：所述聚吡咯涂层掺杂有十二烷基苯磺酸钠和硫酸。3.根据权利要求1所述的电极，其特征在于：所述聚苯胺涂层掺杂有磷酸。4.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述聚吡咯涂层掺杂有十二烷基苯磺酸钠和硫酸。6.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池，其特征在于：所述聚苯胺涂层掺杂有磷酸。7.一种聚吡咯/聚苯胺复合涂层的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆洪彬，马海波，蒋莉，张嘉琪，朱强，唐伟，牛志强，
申请(专利权)人：海安南京大学高新技术研究院，南京大学，南通南京大学材料工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32