一種用于質子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板防護的有序介孔碳-鎢涂層的制備方法，包含以下步驟：將表面活性劑溶于無水乙醇中，攪拌，然后滴加酚醛樹脂乙醇溶液，攪拌均勻，備用；將硅鎢酸溶于無水乙醇中，攪拌得到溶液，備用；將兩者混合均勻，得到淡黃透明的碳-鎢溶液；然后逐滴滴加在不銹鋼片上，進行滴膠和勻膠處理；接著將涂覆有溶液的不銹鋼片在25℃下溶劑蒸發至少8h，然后在70～120℃熱聚合至少24h，在不銹鋼表面形成淡黃色涂層；最后碳化得到黑色的有序介孔碳-鎢涂層。本方法在不銹鋼雙極板表面形成有序介孔碳-鎢的導電涂層，可以保護鈍化膜的穩定，抑制不銹鋼雙極板的陽極溶解，提高質子交換膜燃料電池的輸出功率和使用壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種不銹鋼雙極板防護涂層制備方法，特別涉及是。
技術介紹
質子交換膜燃料電池(PEMFC)金屬雙極板因極化而導致鈍化膜增厚，使電池的歐姆壓降增大，同時在電極微量溶出的金屬離子污染膜電極組件(特別是質子交換膜和催化劑)，極大影響PEMFC的總效率。為此，國內外嘗試采用多種表面改性方法在金屬雙極板表面形成保護涂層，使PEMFC電極的接觸電阻在運行過程中保持基本恒定，并減少金屬的溶解以提高電池的運行效率[H. Tawfik, Y. Hung, D. Mahajan. Metal bipolar plates for PEM fuel cell — A review. J. Power Sources, 2007, 163(2): 755-767·]。用于雙極板的不銹鋼在PEMFC弱酸性的工作環境中會發生鈍化，形成的鈍化膜減緩了不銹鋼的進一步腐蝕，但同時也會導致鈍化膜/碳紙的界面接觸電阻增加。有研究表明[J. R. Kish, M. B. Ives, J. R. Rodda. Corrosion mechanism of nickel-containing stainless steels in concentrated aqueous solutions of sulfuric acid. Corrosion, 2004，60(6): 523-537.]，在含 F —的硫酸介質(PEMFC 的工作溶液)中通入氫氣或氧氣，電池的極化電位下不銹鋼的鈍化膜逐漸增厚并致密化。鈍化膜的結構和厚度直接影響了界面接觸電阻，經X射線光電子能譜法(XPS)和原子發射光譜法(ICP-AES)分析發現，除了腐蝕介質的溫度外，鈍化膜的結構和厚度受基體成分的影響較大[J· S. Kim, W. H. A. Peelen, K. Hemmes, R. C. Makkus. Effect of alloying elements on the contact resistance and the passivation behaviour of stainless steels, Corros. Sci. , 2002, 44(4): 635-655·]。通常采用表面改性技術使金屬雙極板在PEMFC工作環境中維持鈍化行為，如以金屬基涂層來保護鈍化膜的穩定，維持其厚度不變，能夠獲得低的腐蝕電流密度且不受電極電位變化的影響。用電鍍貴金屬改性306L不銹鋼的研究結果表明[J. Wind, R. Sp^ih, W. Kaiser, G. Bohm. Metallic bipolar plates for PEM fuel cells. J. Power Sources, 2002, 105 (2) : 256-260.]，貴金屬鍍層不僅能阻止高阻抗氧化膜的形成，而且還能降低腐蝕產物如金屬離子對膜電極組件的污染。通過物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、 等離子噴涂、濺射等手段形成金屬氮化物涂層等也是常用的金屬雙極板改性方法。很多金屬氮化物如Ti-N、Cr-N, Nb-N, V-N等具有高的化學穩定性，同樣能有效地阻止雙極板的進一步腐蝕，而進行預氧化處理形成Cr或V的氧化物中間層，也能保持鈍化膜結構的完整性。 然而，雖然雙極板的耐蝕性和導電性采用上述方法得到提高，經過一段時間的運行，由于熱膨脹系數不同導致涂層易脫落，彼此間因電位差而破壞金屬雙極板的鈍化行為，反而可能加快腐蝕的發生。由上述研究可知，不銹鋼表面的高阻抗鈍化膜增加了雙極板與氣體擴散層(如碳紙)之間的接觸電阻，直接影響了燃料電池的功率輸出，因此較好的方法還是利用碳基涂層對鈍化膜的組成、結構及表面缺陷進行改性處理，形成致密的高耐蝕性鈍化膜，并增強導電性和導熱性。
技術實現思路
技術問題為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提出一種工藝簡單且優異耐腐蝕性能的的有序介孔碳-鎢涂層的制備方法。技術方案，其特征在于包含以下步驟(1)、將表面活性劑溶于無水乙醇中，攪拌形成透明的溶液；然后滴加質量分數為20% 的酚醛樹脂乙醇溶液，表面活性劑與酚醛樹脂的質量比為1:5，攪拌均勻，備用；(2)、將硅鎢酸溶于無水乙醇中，攪拌得到溶液，備用；(3)、將步驟(2)得到的溶液逐滴加入到步驟(I)得到的溶液中，每Ig表面活性劑對應的硅鎢酸的量為O. 025、. 20 g，攪拌使其混合均勻，得到淡黃透明的碳-鎢溶液；(4)、將步驟(3)配制好的碳-鎢溶液，逐滴滴加在不銹鋼片上，進行滴膠和勻膠處理；(5)、將步驟(4)得到的涂覆有溶液的不銹鋼片在251下溶劑蒸發至少8 h，然后在 70 120 °C熱聚合至少24 h，在不銹鋼表面形成淡黃色涂層；最后在氮氣氛圍中碳化得到黑色的有序介孔碳-鎢涂層。所述步驟(I)中表面活性劑為聚氧乙烯/聚氧丙烯/聚氧乙烯兩親嵌段共聚物 F127，分子式為 PEOiq6-PPO7q-PEO106。所述的步驟(I)中每I g表面活性劑溶于15mL無水乙醇中。所述的步驟(I)中酚醛樹脂的乙醇溶液(酚醛樹脂質量分數20%)的具體制備方法是首先，在燒杯中稱取6. I g苯酚，緩慢升溫至40 42 °C使其熔化；然后向燒杯內緩慢滴加I. 3 g的NaOH (質量分數20%)水溶液，同時磁力攪拌10 min，使溶液均勻；接著，逐滴加入10. 5 g甲醛溶液(質量分數37%)，并升溫至70 75 °C，劇烈攪拌60 min使苯酚和甲醛發生聚合反應；反應結束后將溶液自然冷卻至室溫，然后用O. 6 mol/L的HCl溶液將燒杯中溶液的PH值調節為中性(7.0);將調好pH值的溶液置于真空干燥箱中，在45 °〇下揮發水分，期間可以看到有白色的NaCl晶體析出；最后，將燒杯中的酚醛樹脂部分溶解于無水乙醇中，并配成質量分數為20 %的酚醛樹脂乙醇溶液，備用。所述的步驟(4)中，滴膠速度為400 800 rpm，滴膠時間10 20 S，勻膠速度選擇為 1500^3000 rpm，勻膠時間45 60 S，重復滴膠和勻膠過程5次。所述的步驟(5)中碳化在通有氮氣氣流的氣氛管式爐中進行，350 °C下保溫Γ5 h,目標溫度下40(T700 °C下保溫2 h，升溫速率嚴格控制在I V /min。有益效果本專利技術將金屬基涂層和有機碳基涂層結合，在不銹鋼雙極板表面形成高導電性的介孔有機碳-鎢涂層，其優勢表現在一方面，介孔有機碳因量子尺寸和界面耦合效應而產生了奇異的物化性能，在表面活性劑的模板導向作用下采用高含碳量聚合物較低溫度裂解可形成致密的介孔有機碳涂層，石墨化程度高，導電性好，而且本身有序的網絡結構抗開裂，熱穩定性好，能有效保護鈍化膜的穩定，并促進鈍化膜中高耐蝕性氧化物的形成；另一方面，金屬鎢化合物可增強涂層的導電性，金屬前驅體經原位碳熱形成棒狀化合物均勻分散于介孔有機碳中，在不銹鋼表面形成導電網絡。利用本專利技術的制備方法方法在不銹鋼雙極板表面自組裝形成的有序介孔碳-鎢的導電涂層，可以保護鈍化膜的穩定，抑制不銹鋼雙極板的陽極溶解，降低溶出的金屬離子對質子交換膜燃料電池薄膜質子傳導能力的影響以及減少對電催化劑的毒害作用，并提高質子交換膜燃料電池的輸出功率和使用壽命。在介孔碳骨架中引入金屬元素W后，涂層的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于質子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板防護的有序介孔碳?鎢涂層的制備方法，其特征在于包含以下步驟：（1）、將表面活性劑溶于無水乙醇中，攪拌形成透明的溶液；然后滴加質量分數為20%的酚醛樹脂乙醇溶液，表面活性劑與酚醛樹脂的質量比為1:5，攪拌均勻，備用；（2）、將硅鎢酸溶于無水乙醇中，攪拌得到溶液，備用；?（3）、將步驟（2）得到的溶液逐滴加入到步驟（1）得到的溶液中，每1g表面活性劑對應的硅鎢酸的量為0.025~0.20?g，攪拌使其混合均勻，得到淡黃透明的碳?鎢溶液；（4）、將步驟(3)配制好的碳?鎢溶液，逐滴滴加在不銹鋼片上，進行滴膠和勻膠處理；（5）、將步驟（4）得到的涂覆有溶液的不銹鋼片在25?℃下溶劑蒸發至少8?h，然后在70～120?℃熱聚合至少24?h，在不銹鋼表面形成淡黃色涂層；最后在氮氣氛圍碳化得到黑色的有序介孔碳?鎢涂層。
【技術特征摘要】
1.一種用于質子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板防護的有序介孔碳-鎢涂層的制備方法，其特征在于包含以下步驟 (1)、將表面活性劑溶于無水乙醇中，攪拌形成透明的溶液；然后滴加質量分數為20%的酚醛樹脂乙醇溶液，表面活性劑與酚醛樹脂的質量比為1:5，攪拌均勻，備用； (2)、將硅鎢酸溶于無水乙醇中，攪拌得到溶液，備用； (3)、將步驟(2)得到的溶液逐滴加入到步驟(I)得到的溶液中，每Ig表面活性劑對應的硅鎢酸的量為0. 025、. 20 g，攪拌使其混合均勻，得到淡黃透明的碳-鎢溶液； (4)、將步驟(3)配制好的碳-鎢溶液，逐滴滴加在不銹鋼片上，進行滴膠和勻膠處理； (5)、將步驟(4)得到的涂覆有溶液的不銹鋼片在251下溶劑蒸發至少8 h，然后在70 120 °C熱聚合至少24 h，在不銹鋼表面形成淡黃色涂層；最后在氮氣氛圍碳化得到黑色的有序介孔碳-鎢涂層。2.根據權利要求I所述的一種用于質子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板防護的有序介孔碳-鎢涂層的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王濤，何建平，湯靜，孫新，郭虎，郭云霞，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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