本申請(qǐng)涉及金屬防腐和質(zhì)子交換膜電池領(lǐng)域，特別是涉及一種電極、質(zhì)子交換膜燃料電池及涂層制備方法。

背景技術(shù)：

聚苯胺(pani)等均聚物由于電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、原層易得和制備過(guò)程簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)，自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直備受國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注，近年來(lái)已逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

聚吡咯(polypyrrole,ppy)作為導(dǎo)電聚合物因其易于制備、良好的環(huán)境穩(wěn)定性和較高的導(dǎo)電率被認(rèn)為是最有商業(yè)價(jià)值的導(dǎo)電高分子材層之一，且聚吡咯除了具有導(dǎo)電聚合物共同的特征以外，還具有單體無(wú)毒，容易制備，所制備的膜電導(dǎo)率高，機(jī)械性能好且在空氣中穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在電催化材層、傳感器、金屬防腐材層、二次電池電極材層、藥物釋放材層和電控離子交換等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。

電聚合是能夠在不添加除單體和摻雜酸外的其他添加劑的條件下在金屬表面同時(shí)實(shí)現(xiàn)聚苯胺的合成與沉積，是一種可以快速大面積涂覆聚苯胺涂層的綠色方法。摻雜改性的聚吡咯涂層具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，摻雜改性的聚苯胺涂層的防腐蝕性能優(yōu)越，兩者復(fù)合有望在保持高導(dǎo)電性的同時(shí)獲得良好的防腐性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電極、質(zhì)子交換膜燃料電池及涂層制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本申請(qǐng)實(shí)施例公開(kāi)一種電極，包括導(dǎo)電基材、以及依次形成于該導(dǎo)電基材表面的聚吡咯涂層和聚苯胺涂層。

優(yōu)選的，在上述的電極中，所述聚吡咯涂層摻雜有十二烷基苯磺酸鈉和硫酸。

優(yōu)選的，在上述的電極中，所述聚苯胺涂層摻雜有磷酸。

相應(yīng)的，本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種質(zhì)子交換膜燃料電池，包括不銹鋼雙極板，該不銹鋼雙極板表面依次形成有聚吡咯涂層和聚苯胺涂層。

優(yōu)選的，在上述的質(zhì)子交換膜燃料電池中，所述聚吡咯涂層摻雜有十二烷基苯磺酸鈉和硫酸。

優(yōu)選的，在上述的質(zhì)子交換膜燃料電池中，所述聚苯胺涂層摻雜有磷酸。

相應(yīng)的，本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層的制備方法，包括步驟：

步驟1：采用恒電流法在不銹鋼基材表面電聚合一層由十二烷基苯磺酸鈉和硫酸復(fù)合摻雜的聚吡咯涂層；

步驟2：采用恒電流法在步驟1所制備的涂層表面電聚合一層磷酸摻雜的聚苯胺涂層。

優(yōu)選的，在上述的聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層的制備方法中，所述步驟1中，恒電流法的電流為1ma-5ma，時(shí)間為600s～1200s；所述步驟2中，恒電流法的電流為1ma，時(shí)間為600s～1200s。

優(yōu)選的，在上述的聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層的制備方法中，所述步驟1中，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.02～0.05m；硫酸的濃度為0.2～0.5m；所述步驟2中，磷酸的濃度為0.2～0.5m。

優(yōu)選的，在上述的聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層的制備方法中，所述步驟1中，恒電流法所采用的吡咯濃度為0.05m-0.15m；所述步驟2中，恒電流法所采用的苯胺濃度為0.05-0.15m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過(guò)電聚合法可以在不銹鋼表面快速大面積沉積導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。本發(fā)明通過(guò)嚴(yán)格控制摻雜的溶質(zhì)和溶劑，以聚吡咯作為雙層涂層的內(nèi)層提高涂層的導(dǎo)電性，以聚苯胺作為外層提高涂層的防腐蝕性能，內(nèi)外涂層協(xié)同作用，在保持高導(dǎo)電性的同時(shí)獲得良好的防腐性能，在質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板表面具有良好應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例1中獲得的涂層與對(duì)比涂層的tafel曲線；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1中獲得的涂層與對(duì)比涂層的ocp隨時(shí)間變化曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)下列實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明：根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。

實(shí)施例1

不銹鋼表面經(jīng)過(guò)不同目數(shù)的砂紙打磨至平滑，砂紙目數(shù)分別為400目,800目,1200目。

在不銹鋼表面采用恒電流法制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.3m，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.02m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間600s；然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.3m，苯胺濃度為0.1m，電流為1ma，時(shí)間為600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

圖1為實(shí)施例1中獲得的涂層與對(duì)比涂層的tafel曲線。

圖2為實(shí)施例1中獲得的涂層與對(duì)比涂層的ocp隨時(shí)間變化曲線。

其中，試樣1是摻雜十二烷基苯磺酸鈉和硫酸的聚吡咯為內(nèi)層，摻雜磷酸的聚苯胺為外層的雙層涂層；試樣2是以摻雜硫酸的聚吡咯為內(nèi)層，摻雜磷酸的聚苯胺為外層的雙層涂層；試樣3是摻雜硫酸的單層聚吡咯涂層；試樣4是摻雜磷酸的單層聚苯胺涂層；試樣5為304不銹鋼裸板。

由附圖1得知：試樣1所獲得的自腐蝕電位均高于對(duì)比涂層所獲得的電位，試樣1所獲得的自腐蝕電流密度均小于對(duì)比涂層所獲得自腐蝕電流密度，表明使用本申請(qǐng)的一種電極、質(zhì)子交換膜燃料電池及涂層制備方法能夠值得具有較高的防腐蝕性能的聚吡咯/聚苯胺涂層，能夠更好的保護(hù)不銹鋼板。

由附圖2得知：試樣1所獲得的開(kāi)路電位均高于對(duì)比涂層所獲得的電位，表明使用本申請(qǐng)的一種電極、質(zhì)子交換膜燃料電池及涂層制備方法能夠值得具有較高的防腐蝕性能的聚吡咯/聚苯胺涂層，能夠更好的保護(hù)不銹鋼板。

實(shí)施例2

首先在不銹鋼表面采用恒電流法制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.3m，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.03m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間600s；然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.3m，苯胺濃度為0.1m，電流為1ma，時(shí)間為600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例3

首先在不銹鋼表面采用恒電流法制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.3m，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.03m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間900s；然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.3m，苯胺濃度為0.1m，電流為1ma，時(shí)間為900s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例4

首先在不銹鋼表面采用恒電流法制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.3m，十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.03m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間1200s；然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.3m，苯胺濃度為0.1m，電流為1ma，時(shí)間為600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例5

首先在不銹鋼表面采用恒電流制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.2m，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.04m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.5m，苯胺濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流1ma，時(shí)間600s，然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例6

首先在不銹鋼表面采用恒電流制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.5m，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.05m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.2m，苯胺濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流1ma，時(shí)間600s，然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例7

首先在不銹鋼表面采用恒電流制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.2m，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.04m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間600s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.5m，苯胺濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流1ma，時(shí)間1200s，然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

實(shí)施例8

首先在不銹鋼表面采用恒電流制備一層聚吡咯涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中硫酸濃度為0.4m，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.04m，吡咯濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流3ma，時(shí)間900s,然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥；在上述材層表面上采用恒電流法制備一層聚苯胺涂層，實(shí)驗(yàn)溶液中磷酸濃度為0.4m，苯胺濃度為0.1m，實(shí)驗(yàn)參數(shù)為電流1ma，時(shí)間900s，然后用去離子水洗滌表面，并在室溫下干燥，最后制得墨綠色的導(dǎo)電聚吡咯/聚苯胺雙層涂層。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)電聚合法，以磷酸、硫酸、十二烷基苯磺酸鈉等導(dǎo)電制備的聚吡咯/聚苯胺雙層涂層不僅具有較高的導(dǎo)電率，且能夠使不銹鋼的腐蝕電位處于鈍化區(qū)域，發(fā)揮陽(yáng)極保護(hù)作用；制得的涂層致密，可提供持久的物理保護(hù)。

本發(fā)明提供的技術(shù)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池不銹鋼雙極板的技術(shù)突破和應(yīng)用意義重大。

在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

最后，還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。